“DESCRIPCIÓN DEL CICLO RANKINE”

CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERIA

DESCRIPCION DEL CICLO RANKINE

LABORATORIO DE MAQUINAS TÉRMICAS 1

PROFESOR: LOPEZ ORNELAS ARMANDO

SECCIÓN: D07

NOMBRE: DIAZ BARBA DIEGO EDGARDO

Ciclo de Rankine. Es un ciclo termodinámico que tiene como objetivo la conversión de calor en trabajo, constituyendo lo que se denomina un ciclo de potencia. Como cualquier otro ciclo de potencia, su eficiencia está acotada por la eficiencia termodinámica del ideal Ciclo de Carnot que operase entre los mismos focos térmicos (límite máximo que impone el Segundo Principio de la Termodinámica). Debe su nombre a su desarrollador, el ingeniero y físico escocés William John Macquorn Rankine.

Ciclo ideal de Ranking El ciclo Rankine es un ciclo de potencia representativo del proceso termodinámico que tiene lugar en una central térmica de vapor. Utiliza un fluido de trabajo que alternativamente evapora y condensa, típicamente agua (si bien existen otros tipos de sustancias que pueden ser utilizados, como en los ciclos Rankine orgánicos). Mediante la quema de un combustible, el vapor de agua es producido en una caldera a alta presión para luego ser llevado a una turbina donde se expande para generar trabajo mecánico en su eje (este eje, solidariamente unido al de un generador eléctrico, es el que generará la electricidad en la central térmica). El vapor de baja presión que sale de la turbina se introduce en un condensador, equipo donde el vapor condensa y cambia al estado líquido (habitualmente el calor es evacuado mediante una corriente de refrigeración procedente del mar, de un río o de un lago). Posteriormente, una bomba se encarga de aumentar la presión del fluido en fase líquida para volver a introducirlo nuevamente en la caldera, cerrando de esta manera el ciclo.

El rendimiento

El rendimiento viene definido, como en todo ciclo, por

Rt = W/Qabs

Donde

Rt: Rendimiento térmico.

W: Trabajo neto realizado.

Qabs: Calor absorbido.

Convenio de signos

Por convención de signos, un signo negativo significa lo contrario. Es decir, un trabajo negativo significa que el trabajo es realizado sobre el sistema, una cantidad de calor positiva significa que el calor es absorbido por el sistema. Con este convenio de signos el trabajo neto obtenido en el ciclo deberá ser, por lo tanto, negativo. Tal como está definido, y despreciando los cambios en energía mecánica, a partir de la primera ley. Existen algunas mejoras al ciclo descrito que permiten mejorar su eficiencia, como por ejemplo sobrecalentamiento del vapor a la entrada de la turbina, recalentamiento entre etapas de turbina o regeneración del agua de alimentación a caldera.

Etapas

Las etapas de un ciclo ideal de Rankine pueden ser representadas en un diagrama temperatura vs entropía (T-S) como se muestra la figura.

El diagrama T-S de un ciclo Rankine ideal está formado por cuatro procesos: dos isoentrópicos y dos isóbaricos. La bomba y la turbina son los equipos que operan según procesos isoentrópicos (adiabáticos e internamente reversibles). La caldera y el condensador operan sin pérdidas de carga y por tanto sin caídas de presión. Los estados principales del ciclo quedan definidos por los números del 1 al 4 en el diagrama T-S (1: vapor sobrecalentado; 2: mezcla bifásica de título elevado o vapor húmedo; 3: líquido saturado; 4: líquido subenfriado). Los procesos que tenemos son los siguientes para el ciclo ideal (procesos internamente reversibles):

Proceso 1-2: Expansión isoentrópica del fluido de trabajo en la turbina desde la presión de la caldera hasta la presión del condensador. Se realiza en una turbina de vapor o una máquina de vapor reciprocante en las cuales se genera potencia en el eje de las mismas.

Proceso 2-3: Transmisión de calor a presión constante desde el fluido de trabajo hacia el circuito de refrigeración, de forma que el fluido de trabajo alcanza el estado de líquido saturado. Se realiza en un condensador (intercambiador de calor), idealmente sin pérdidas de carga, el calor rechazado puede utilizarse en la mayoría de los procesos para otros usos tecnológicos en el caso específico de las industrias.

Proceso 3-4: Compresión isoentrópica del fluido de trabajo en fase líquida mediante una bomba, lo cual implica un consumo de potencia. Se aumenta la presión del fluido de trabajo hasta el valor de presión en caldera.

Proceso 4-1: Transmisión de calor hacia el fluido de trabajo a presión constante en la caldera. En un primer tramo del proceso el fluido de trabajo se calienta hasta la temperatura de saturación, luego tiene lugar el cambio de fase líquido-vapor y finalmente se obtiene vapor saturado. Este vapor puede ser sobrecalentado en la mayoría de los casos aprovechando la energía de los gases efluentes de el horno en equipos llamados sobrecalentadores, este vapor de alta presión es el utilizado por la turbina para generar la potencia del ciclo (la potencia neta del ciclo se obtiene realmente descontando la consumida por la bomba, pero ésta suele ser muy pequeña en comparación y suele despreciarse).

Fluido ideal para un ciclo de Rankine Las principales características que debe tener un fluido para que pueda ser utilizado eficientemente en un ciclo de Rankine, son: Alta valor del calor latente de vaporización a la temperatura a que ocurre la vaporización. Bajo valor de la capacidad calorífica del líquido.

Temperatura crítica superior a la temperatura de funcionamiento más alta. No tener un valor demasiado alto de presión de vapor a la máxima temperatura de funcionamiento. Tener un valor de presión de vapor superior a la presión atmosférica para las temperaturas inferiores de funcionamiento. Bajo valor del volumen específico a las temperaturas inferiores de funcionamiento. Estar en estado líquido a la presión atmosférica y a la temperatura ambiente. Poca variación de la Entropía con la presión. Alto valor de conductividad térmica. Ser barato, estable, abundante, no inflamable, no explosivo, no corrosivo y no venenoso. No existe una sustancia que cumpla todos los requisitos enumerados anteriormente. El agua es el fluido normalmente utilizado en los ciclos de potencia debido a que es barata y abundante, aunque tiene una temperatura crítica baja, una presión crítica alta y una baja presión de vapor a la temperatura de condensación y el líquido tiene una alta capacidad calorífica.

Procedimientos para aumentar la eficiencia termodinámica de un ciclo ideal de Rankine La idea para mejorar un ciclo rankine es aumentar el salto entálpico entre 1 y 2, es decir, el trabajo entregado a la turbina. Las mejoras que se realizan de forma habitual en centrales térmicas (tanto de carbón, como ciclos combinados o nucleares) son: Reducción de la presión del condensador: En este procedimiento se disminuye automáticamente la temperatura del condensador otorgando un mayor trabajo a la turbina, una disminución del calor rechazado. La desventaja es que la humedad del vapor empieza a aumentar ocasionando erosión en los alabes de la turbina. Aumentar la presión de la caldera para una temperatura fija: Al aumentar la presión aumenta la temperatura a la cual se añade calor aumentando el rendimiento de la turbina por ende la del ciclo. La desventaja es la humedad excesiva que aparece. Sobrecalentar la temperatura de entrada de la turbina: se procede a recalentar el vapor a altas temperaturas para obtener un mayor trabajo de la turbina, tiene como ventaja que la humedad disminuye. Este aumento de la temperatura está limitado por los materiales a soportar altas temperaturas. Recalentamientos intermedios del vapor, escalonando su expansión. Esto es, tener varias etapas de turbina, llevando a condiciones de sobrecalentamiento mediante recalendatores (Moisture Steam Reheaters en el caso de centrales nucleares) y de economizador. Este escalonamiento de la expansión da lugar a los cuerpos de alta, media y baja presión de turbina. Realizar extracciones de vapor en la turbina, calentando el agua de alimentación a la caldera, aumentando su entalpía. El número de extracciones no suele superar las 7, ya que no implicaría una mejora de rendimiento considerable frente a la complicación técnica que conllevan. Ciclo de Rankine con recalentamiento El recalentamiento es un procedimiento mediante el cual no sala mente puede lograrse un ligero aumento de la eficiencia termodinámica de un ciclo de Rankine, sino también una reducción del grado de condensación en las turbinas. El ciclo con recalentamiento en su forma más simple consiste en permitir que el vapor de la caldera inicialmente sobrecalentado, se expanda primero en una turbina de alta presión hasta una presión a la cual apenas comience la condensación, luego volver a calentar el vapor mediante un proceso a presión constante, en un equipo llamado recalentador (generalmente un haz de tubos en el interior de horno de la caldera) y finalmente expandirlo hasta la presión del condensador en una turbina de baja presión, este ciclo se puede representar como se muestra en la figura.

Ciclo regenerativo

Ciclo de Rankine regenerativo

En un ciclo de Rankine el condensado a la temperatura existente en el condensador es enviado a la caldera donde se produce un calentamiento (del agua) altamente irreversible. Precisamente la eficiencia del ciclo de Rankine es menor que la del de Carnot , fundamentalmente por estas irreversibilidades que se presentan en la caldera. Por lo tanto si el agua de alimentación a la caldera se puede calentar hasta la temperatura existente en la caldera, se eliminarían los efectos irreversibles del ciclo de Rankine. Lo anterior se puede hacer mediante el efecto regenerativo mostrado en la figura.

Ciclo real de Rankine

Todos los procesos reales tienen alguna irreversibilidad, ya sea mecánica por rozamiento, térmica o de otro tipo. Sin embargo, las irreversibilidades se pueden reducir, pudiéndose considerar reversible un proceso cuasiestático y sin efectos disipativos. En un ciclo más realista que el ciclo Rankine ideal descrito, los procesos en la bomba y en la turbina no serían exactamente isoentrópicos y el condensador y la caldera presentarían pérdidas de carga. Todo ello generaría una reducción del rendimiento térmico del ciclo. El rendimiento isoentrópico de la turbina, que representa el grado de alejamiento de una turbina respecto al proceso ideal isoentrópico, jugaría un papel principal en las desviaciones al ciclo ideal y en la reducción del rendimiento. El rendimiento isoentálpico de la bomba y las pérdidas de carga en el condensador y la caldera tendrían una influencia mucho menor sobre la reducción de rendimiento del ciclo.

Conclusión:Para los cálculos de potencia y calor (QH) de la caldera se tomo en cuenta la sección donde el calor se sobrecalienta (generador de vapor), garantizando que a la turbina solo ingrese vapor totalmente seco de esta manera mejorar su rendimiento.

Mediante el empleo del sobrecalentador se aumenta isobáricamente la entalpía del vapor, transformándolo en vapor sobrecalentado, de esta manera la eficiencia térmica del ciclo puede incrementarse aumentando la temperatura del vapor en la caldera.

“DESCRIPCION Y MANEJO DE LA

BALANZA ANALÍTICA”

CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERIA

DESCRIPCION Y MANEJO DE LA BALANZA ANALÍTICA

Objetivos:

- Identificar qué es una balanza analítica y cómo se usa.- Quedar familiarizados con su funcionamiento.

LABORATORIO DE MAQUINAS TÉRMICAS 1

PROFESOR: LOPEZ ORNELAS ARMANDO

SECCIÓN: D07

NOMBRE: DIAZ BARBA DIEGO EDGARDO

Balanza analítica. La Balanza analítica es el instrumento más usado por el químico, ya que mediante la misma es posible conocer con exactitud: la Masa de matriz destinada al análisis, la masa de sustancias para preparar Soluciones de concentración exacta, la masa de Precipitados en el Análisis gravimétrico.

Desarrollo:La balanza es un instrumento que mide la masa de un cuerpo o sustancia, utilizando como medio de comparación la fuerza de la gravedad que actúa sobre el cuerpo. Dependiendo del trabajo que se quiera realizar, se selecciona el tipo de balanza más adecuada en cuanto a sensibilidad y rapidez en la pesada. La sensibilidad de una balanza depende de su capacidad: una balanza diseñada para pesar kilogramos difícilmente tendrá la sensibilidad necesaria para tener reproducibilidad en pesadas de miligramos. En el laboratorio se utiliza la balanza para efectuar actividades de control de calidad –con dispositivos como las pipetas-, para preparar mezclas de componentes en proporciones predefinidas y para determinar densidad o pesos específicos. Las balanzas analíticas modernas, que pueden ofrecer valores de precisión de lectura de 0,1 micras a 0,1 mg, están bastante desarrolladas de manera que no es necesaria la utilización de cuartos especiales para la medida del peso. Aún así, el simple empleo de circuitos electrónicos no elimina las interacciones del sistema con el ambiente. De estos, los efectos físicos son los más importantes porque no pueden ser suprimidos. Las balanzas se diferencian entre sí por el diseño, los principios utilizados y los criterios de metrología que utilizan. En la actualidad podría considerarse que existen dos grandes grupos: las balanzas mecánicas y las balanzas electrónicas. Una de las exigencias que se plantean a la Química analítica cuantitativa es la Exactitud, es decir, que los resultados sean lo más próximos a la realidad posible. Desde luego, esta exactitud deberá ser alcanzada generalmente con masas de Muestras muy pequeñas, ya que el trabajo con grandes masas de Matrices resulta engorroso y lleva mucho tiempo, por lo tanto la exactitud deseada solo podrá alcanzarse con un instrumento capaz de lograr altos niveles de

exactitud en pesadas de masas pequeñas. Estos objetivos son alcanzables en la práctica con el empleo de la balanza analítica.Características La balanza analítica empleada en Análisis químico generalmente permite pesar masas inferiores a los 200 gramos con una sensibilidad de 0.1 mg y en algunos casos 0.01 mg, es decir es capaz de pesar sustancias reportando valores hasta la cuarta o quinta cifra decimal. Otra característica importante de la balanza analítica es su fidelidad (Precisión), consistente en la capacidad de dar el mismo valor toda vez que un mismo objeto es pesado varias veces consecutivas.ComponentesUno de los sistemas con el que opera es el denominado “Sistema de sostén”. Se trata de un método mediante el cual se pueden sostener todos los objetos de la pesada. Lo componen una serie de elementos cuyo funcionamiento es importante conocer para operar la medidora, éstos son tres: la platina, una serie de estribos y la columna, hay un segundo sistema de manejo de balanza analítica llamado “Sistema de equilibrio”. Es un procedimiento sensible que tiene la función de registrar el peso del objeto mediante un método de escalas. El mismo se encuentra compuesto de una cruz y de algunas cuchillas, el tercer sistema es el “Sistema de escalas”. Tiene la tarea de arrojar el valor de la pesada, pero siempre después de que el sistema de equilibrio registre el peso del objeto. Está constituido por una escala óptica y por una escala micrométrica. Podemos mencionar un cuarto sistema, el de “Sistema de nivelación”, cuya función es la de nivelar la balanza analítica, para que se pueda registrar el resultado de la pesada de manera correcta, con lo cual se evitan errores. Está compuesto de patas tipo tornillo y de una burbuja. Requerimientos de instalación1. Disponer de un ambiente que no presente corrientes de aire, cambios bruscos de temperatura y que esté libre de polvo. 2. Tener una mesa perfectamente nivelada. Es ideal una plataforma de alta inercia, aislada de las estructuras ubicadas en la vecindad, para reducir el efecto de las vibraciones que emiten ciertos equipos como centrifugas y refrigeradores. La misma debe tener un área suficiente para instalar la balanza y que el equipo auxiliar con el que se interactúa en los procesos de pesaje. De igual manera se debe prever el espacio requerido por los cables de interconexión, corriente eléctrica, conexión al sistema de conexión, a la impresora, etc. 3. Evitar que en la vecindad se encuentren instalados equipos que produzcan campos magnéticos elevados o vibraciones como centrifugas, motores eléctricos, compresores y generadores. 4. Evitar que se encuentre bajo la influencia directa de los sistemas de aire acondicionado –corrientes de aire- y de luz solar. 5. Disponer de una toma eléctrica en buen estado, dotada con polo a tierra provista de interruptores, que cumpla con la normatividad eléctrica vigente en el país o en el laboratorio. Mantenimiento La balanza se caracteriza por ser un instrumento de alta precisión. Por tal motivo las rutinas de mantenimiento a cargo de operador son mínimas y se encuentran limitadas a las siguientes: 1. Limpiar el platillo de pesaje, para que este se encuentre libre de polvo o suciedad. La limpieza se efectúa con una pieza de tela limpia que puede estar humedecida con agua destilada. Si es necesario retirar alguna mancha, se puede aplicar un detergente suave. También se puede un pincel de pelo suave para remover las partículas o el polvo que se hubiesen depositado sobre el platillo de pesaje. 2. Limpiar externa e internamente la cámara de pesaje. Verificar que los vidrios estén libres de polvo. 3. Verificar que los mecanismos de ajuste de la puerta frontal de la cámara de pesaje funcionen adecuadamente.

Muy importante: Nunca lubricar una balanza a menos que el fabricante lo indique expresamente. Cualquier sustancia que interfiera con los mecanismos de la balanza retardan su respuesta o alternan definitivamente la medida. Por lo general, el fabricante o el representante en instalaciones especializadas realiza el mantenimiento de las balanzas, siguiendo procedimientos que varían dependiendo del tipo y modelo de balanza. Manejo de la Balanza Analítica a) Se abre la cámara de pesaje y se limpia internamente con una brocha de pelo de camello. Una vez terminando se cierran las puertas de la cámara. b) Encienda la balanza presionando la barra de control. El rectángulo de visualización se mantiene encendido varios segundos, y luego se establece a 0,0000 g. (Se realiza un test automático). c) Abrir las puertas de cristal de la cámara de pesaje y coloque el papel de filtro para pesar pequeñas masas en el platillo de la balanza. Se recomienda usar también un vidrio de reloj. El TLC deberá usar guantes al manipular los materiales. d) Cierre las puertas de cristal deslizándolas suavemente. Espere el punto de referencia siendo la guía de la estabilidad e indica que el peso es estable. Tarar el contenedor de la muestra. e) Abrir nuevamente la cámara de pesaje y agregue cuidadosamente la sustancia que se pesará hasta la masa deseada teniendo cuidado de colocar la muestra al centro del contenedor evitando tirar fuera del área del recipiente el reactivo. f) Antes de registrar la masa cierre las puertas del cristal y espere hasta que el detector de la estabilidad aparezca constante. g) Una vez obtenido el peso deseado. Se debe dejar limpia la cámara de pesaje. No tome recipientes del platillo con sus manos desnudas pues sus huellas digitales agregan masa. Use unas pinzas para crisol para prevenir masa no deseada. Se recomienda que las pinzas se desengrasen con una torunda con alcohol. No se apoye en el banco mientras pesa. Y si es necesario anote la masa de su recipiente, si lo requerirá para más adelante.

BALANZA ANALITICALa balanza analítica es uno de los instrumentos de medida más usados en laboratorio y de la cual dependen básicamente todos los resultados analíticos. Las balanzas analíticas modernas, que pueden ofrecer valores de precisión de lectura de 0,1 µg a 0,1 mg, están bastante desarrolladas de manera que no es necesaria la utilización de cuartos especiales para la medida del peso. Aún así, el simple empleo de circuitos electrónicos no elimina las interacciones del sistema con el ambiente. De estos, los efectos físicos son los más importantes porque no pueden ser suprimidos. Las informaciones de este texto tienen por objetivo indicar los puntos más importantes a considerar en las operaciones de medida del peso.La precisión y la confianza de las medidas del peso están directamente relacionadas a la localización de la balanza analítica. Los principales puntos que deben de ser considerados para su correcta posición son: Características de la sala de medida:

- Tener apenas una entrada. - Tener el mínimo número de ventanas posible, para evitar la luz directa del sol y corrientes de aire. - Ser poco susceptible a choques y vibraciones.

Las condiciones de la mesa para la balanza - Quedar firmemente apoyada en el suelo o fija en la pared, de manera a transmitir un mínimo de vibraciones posible. - Ser rígida, no pudiendo ceder o inclinarse durante las operaciones de medida. Se puede utilizar una de laboratorio bien estable o una de piedra.

- Localizarse en los sítios más rígidos de la construcción, generalmente en los rincones de la sala. - Ser antimagnética (no contener metales o acero) y protegida de cargas electrostáticas (no contener plásticos o vidrios).

Las condiciones ambientales

- Mantener la temperatura de la sala constante. - Mantener la humedad entre 45% y 60% (debe de ser monitoreada siempre que posible). - No permitir la incidencia de luz solar directa. - No hacer las medidas cerca de irradiadores de calor. - Instalar las luminarias lejos de la bancada, para evitar disturbios por radiación térmica. El uso de lámparas fluorescentes es menos problemático. - Evitar la medida cerca de aparatos que utilicen ventiladores (ej: aire acondicionado, ordenadores, etc.) o cerca de la puerta. Cuidados básicos - Verificar siempre la nivelación de la balanza. - Dejar siempre la balanza conectada a la toma y prendida para mantener el equilíbrio térmico de los circuitos electrónicos. - Dejar siempre la balanza en el modo "stand by", evitando la necesidad de nuevo tiempo de calentamiento ("warm up").

El frasco de medida - Usar siempre el menor frasco de medida posible. - No usar frascos plásticos cuando la humedad esté abajo del 30-40%. - La temperatura del frasco de medida y su contenido deben de estar a la misma temperatura del ambiente de la cámara de medida. - Nunca tocar los frascos directamente con los dedos al ponerlos o sacarlos de la cámara de medida.

El plato de medida

- Poner el frasco siempre en el centro del plato de medida. - Remover el frasco del plato de medida luego que termine la operación de medida del peso.

La lectura

- Verificar si el mostrador indica exactamente cero al empezar la operación. Tare la balanza, si es necesario. - Leer el resultado de la operación luego que el detector automático de estabilidad desaparezca del mostrador.

Calibración

- Calibrar la balanza regularmente, más todavía cuando está siendo operada por vez primera, si fue cambiada de sitio, después de cualquier nivelación y después de grandes variaciones de temperatura o de presión atmosférica.

Mantenimiento

- Mantener siempre la cámara de medida y el plato limpios. - Usar apenas frascos de medida limpios y secos. Cuando el mostrador de la balanza quede inestable, sea por variación continua de la lectura para más o menos o simplemente si la lectura está errada…

ATENCIÓN: Ud. debe estar observando influencias físicas indeseables sobre la operación. Las más comunes son:

Temperatura

Efecto observado: el mostrador varía constantemente en una dirección.

Motivo: La existencia de una diferencia de temperatura entre la muestra y el ambiente de la cámara de medida causa corrientes de aire. Esas corrientes de aire generan fuerzas sobre el plato de medida haciendo con que la muestra parezca más leve (conocida por fluctuación dinámica). Este efecto solo desaparece cuando el equilibrio térmico es establecido. Además, el filme de humedad que cubre cualquier muestra, que varía con la temperatura, es encubierto por la fluctuación dinámica. Esto hace con que un objeto más frío parezca más pesado, o un objeto más caliente parezca más leve.

Acciones correctivas:

- Nunca pesar muestras retiradas directamente de estufas, muflas o refrigeradores. - Dejar siempre que la muestra alcance la misma temperatura del laboratorio o de la cámara de medida. - Tratar siempre de manipular los frascos de medida o las muestras con pinzas. No siendo posible, utilizar una banda de papel. - No tocar con las manos la cámara de medida. - Usar frascos de medida con la menor área posible.

Variación de masa

Efecto observado: el mostrador indica lecturas que aumentan o disminuyen, continua y lentamente.

Motivo: aumento de masa debido a una muestra higroscópica (aumento de humedad atmosférica) o pérdida de masa por evaporación de agua o de substancias volátiles.

Acciones correctivas:

- Usar frascos limpios y secos y mantener el plato de medida siempre libre de polvo, contaminantes o gotas de líquidos. - Usar frascos de medida con cuello estrecho. - Usar tapas o corchos en los frascos de medida.

Electrostática

Efecto observado: El mostrador de la balanza queda instable e indica masas distintas a cada medida de la misma muestra. La reproducibilidad de los resultados queda comprometida.

Motivo: El frasco de medida está cargado electrostáticamente. Estas cargas son formadas por fricción o durante el transporte de los materiales, especialmente si son en gránulos o en polvo. Si el aire está seco (humedad relativa menor que 40%) estas cargas electrostáticas quedan retenidas o son dispersas lentamente. Los errores de medida ocurren por fuerzas de atracción electrostática que actúan entre la muestra y el ambiente. Si la muestra y el ambiente están bajo el mismo efecto de cargas eléctricas de misma señal [+ o -] hay repulsión, mientras que bajo el efecto de cargas opuestas [+ y -] se observan atracciones.

Acciones correctivas:

- Aumentar la humedad atmosférica utilizando un humidificador o por ajustes apropiados en el sistema de aire acondicionado (humedad relativa ideal: 45-60%). - Descargar las fuerzas electrostáticas, poniendo el frasco de medida en un recipiente de metal, antes de la medida del peso. - Conectar la balanza a un "cable tierra" eficiente.

Magnetismo

Efecto observado: baja reproducibilidad. El resultado de la medida del peso de una muestra metálica depende de su posición sobre el plato de la balanza.

Motivo: Si el material es magnético (ej: hierro, acero, níquel, etc.) puede estar ocurriendo atracción mutua con el plato de la balanza, y pueden estar siendo creadas fuerzas que originen una medida falsa.

Acciones correctivas:

- Si posible, desmagnetizar las muestras ferromagnéticas. - Como las fuerzas magnéticas disminuyen con la distancia, separar la muestra del plato usando un soporte no-magnético (ej: un béquer bocabajo o un soporte de alumínio). - Usar el gancho superior del plato de la balanza, cuando lo haya.

Gravitación

Efecto observado: el valor del peso varía de acuerdo con la latitud. Cuanto más cerca del ecuador, mayor la fuerza centrífuga debida a la rotación de la tierra, que se contrapone a la fuerza gravitacional. Así, la fuerza actuando sobre una masa es mayor en los polos que en el ecuador. Las medidas dependen además de la altitud en relación al nivel del mar (más exactamente, en relación al centro de la tierra). Cuanto más alto, menor la atracción gravitacional, que disminuye con el cuadrado de la distancia.

Acciones correctivas:

- Medidas diferenciales o comparativas o de precisión, hechas en distintas latitudes (ej.: en el piso bajo o en otros pisos de un mismo edificio) deben de ser corregidas.

ms = masa medida al nivel del suelo rt = rayo de la Tierra (~ 6370 km) h = altura donde se hizo la medida (m) mk = masa medida a una altura (h), en relación al nivel del suelo

Empuje

Efecto observado: el resultado de una medida del peso hecha a presión atmosférica no es el mismo que al vacío.

Motivo: este fenómeno es explicado por el principio de Arquímedes, según el cual "un cuerpo sufre una pérdida de peso igual al peso de la masa del medio que es deslocado por él". Cuando se mide el peso de materiales muy densos (ej: Hg) o poco densos (ej: agua), deben de ser hechas correcciones, en favor de la precisión.

Acciones correctivas: - Medidas diferenciales o comparativas o de mucha precisión, efectuadas en días distintos, deben siempre ser corregidas con relación al empuje, teniéndose en cuenta la temperatura, la presión y la humedad atmosférica. Los trabajos corrientes de laboratorio normalmente dispensan estas acciones.

CONCLUSIONES:En este informe aprendimos que existen diferentes tipos de balanzas y con ellas podemos medir diferentes pesos y además de que existen diferentes métodos para pesar un objeto, las medidas que se tienen en cuenta antes de pesar cualquier objeto y como desde hace siglos ha estado en la vida del ser humano; una de las balanzas principales y más usada en ingeniería es: La balanza analítica es muy útil ya que con esta podemos medir pesos de cualquier objeto relativamente pequeños ya que es muy exacta

“DESCRIPCIÓN Y MANEJO DEL CALORÍMETRO

ADIABÁTICO”

CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERIA

DESCRIPCION Y MANEJO DEL CALORÍMETRO ADIABÁTICO

Objetivos:- Identificar el calorímetro adiabático.- Conocer el manejo de un calorímetro adiabático.

Introducción:

LABORATORIO DE MAQUINAS TÉRMICAS 1

PROFESOR: LOPEZ ORNELAS ARMANDO

SECCIÓN: D07

NOMBRE: DIAZ BARBA DIEGO EDGARDO

CÓDIGO: 208477337

El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Es decir, sirve para determinar el calor específico de un cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos. El tipo de calorímetro de uso más extendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termómetro. Se coloca una fuente de calor en el calorímetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el termómetro. Si se conoce la capacidad calorífica del calorímetro (que también puede medirse utilizando una fuente corriente de calor), la cantidad de energía liberada puede calcularse fácilmente. Cuando la fuente de calor es un objeto caliente de temperatura conocida, el calor específico y el calor latente pueden ir midiéndose según se va enfriando el objeto. El calor latente, que no está relacionado con un cambio de temperatura, es la energía térmica desprendida o absorbida por una sustancia al cambiar de un estado a otro, como en el caso de líquido a sólido o viceversa. Cuando la fuente de calor es una reacción química, como sucede al quemar un combustible, las sustancias reactivas se colocan en un envase de acero pesado llamado bomba. Esta bomba se introduce en el calorímetro y la reacción se provoca por ignición, con ayuda de una chispa eléctrica.

Desarrollo:Un calorímetro es un recipiente con dos cámaras. La primera cámara tiene la reacción que se quiere medir. La segunda cámara tiene un volumen medido de agua. Estas dos cámaras están separadas por una pared de metal que conduce el calor de la reacción con el agua sin dejar que se mezclen. Ambos están aislados por lo que el calor se queda dentro del calorímetro tanto como sea posible. Un termómetro mide la temperatura del agua. El termómetro es sellado alrededor del calorímetro para evitar que el calor y el agua se escapen.

Para utilizar el calorímetro, un científico pondrá una cantidad precisa conocida de agua pura en la cámara de agua. La cantidad puede variar, pero 100 mililitros (ml) es lo típico. A continuación, lee y registra la temperatura del agua. Luego se dosifica la cantidad exacta de productos químicos que quiere estudiar, los pone en la cámara de reacción, y se cierra la tapa. Se observa el termómetro muy de cerca por los cambios en la temperatura. A medida que la reacción química progresa, la temperatura va a subir o bajar. Si sube, se alcanzará un valor

máximo, luego disminuirá. Lo contrario también es válido si la temperatura baja. Es importante tener en cuenta la temperatura máxima o mínima.

CALORÍMETRO ADIABÁTICOLos calorímetros adiabáticos, se construyen de tal forma que no permiten intercambio de calor entre la celda y los alrededores, por lo tanto se emplean materiales aislantes para mantener aislado el sistema y relacionar el calor generado con la diferencia de temperatura que produce. Existen tres formas para alcanzar este objetivo: 1. Cuando la generación de calor es tan rápida, ninguna cantidad apreciable de calor puede entrar o salir de la celda durante el período en que se lleva a cabo la medida. 2. En el caso de separar la celda de los alrededores con una resistencia térmica RT infinitamente grande, de tal forma que el sistema de medida esté lo más aislado posible. 3. Por medio de controles externos que hacen que la temperatura de los alrededores sea siempre lo más semejante posible a la de la celda. Para cumplir con las condiciones anteriores, la celda se rodea de un aislamiento que puede estar constituido por un recipiente empacado al vacío, como es el caso de los vasos Dewar, por escudos metálicos que impidan la transferencia de calor, por materiales plásticos de baja conductividad térmica o por la combinación entre varios de estos. Durante la experiencia calorimétrica cualquier calor generado o consumido en la celda lleva a un cambio en la temperatura. En los calorímetros adiabáticos se presenta un control estricto en la temperatura de los alrededores, lo que hace necesario el uso de adecuados controles electrónicos que mantengan constante el gradiente de temperatura entre la celda y los alrededores de tal forma que el intercambio de calor entre estos sea lo más pequeña posible, en teoría nula.

Ventajas:

alta precisión estabilidad de calibración

Desventajas:

baja velocidad de respuesta muy voluminosos

CALORIMETRIA, CAMBIOS DE FASE Y LEY GENERAL DE LOS GASESCalorimetría significa “medición de calor”. Calor es la transferencia de energía durante

los cambios de temperatura. El calor también interviene en los “cambios de fase”, como la fusión del hielo o la ebullición del agua, sin embargo, en este proceso la energía se emplea en otro cambio importante a nivel molecular del cuerpo.

El estudio, será medir estas transferencias, considerando las variables que intervienen y que podemos controlar, nos permitirá predecir o anticipar lo que ocurrirá en los cuerpos. Se estudiara la termodinámica en sus variables macroscópicas, por de pronto, es importante comprender que es distinto un gas real de uno ideal, como también en qué relación están las variables de presión, volumen y temperatura. La ley de los gases es la que nos permite relacionar las variables de presión, volumen y temperatura, ésta surge de diversos descubrimientos entre los cuales podemos señalar a Robert Boyle (inglés), Jacques Charles

(francés), Joseph Gay Lussac, quienes con su contribución se pudo determinar la ley de los gases ideales.

En el lenguaje cotidiano solemos confundir los términos calor y temperatura. Así, cuando hablamos del calor que hace en el verano o lo mal que saben los refrescos calientes, realmente nos referimos a la temperatura, a la mayor o menor temperatura del aire o los refrescos. La temperatura es una magnitud física que nos permite definir el estado de una sustancia, lo mismo que cuando decimos que un coche circula a 90 km/h o que una casa tiene 5 m de alto.

Cuando se ponen en contacto dos sustancias a distinta temperatura, evolucionan de forma que el cuerpo a mayor temperatura la disminuye y el que tenía menor temperatura la aumenta hasta que al final los dos tienen la misma temperatura, igual que al echar un cubito de hielo a un refresco, que el refresco se enfría y el cubito de hielo se calienta y termina convirtiéndose en agua. Decimos que la sustancia a mayor temperatura ha cedido calor a la sustancia que tenía menor temperatura.

Sin embargo, el calor no es algo que esté almacenado en el cuerpo más caliente y que pasa al cuerpo más frío. Tanto uno como otro poseen energía, que depende de la masa del cuerpo, de su temperatura, de su ubicación, etc. y recibe el nombre de energía interna. Cuando esta energía interna pasa de una sustancia a otra a causa de la diferencia de temperatura entre ellas la llamamos calor. Una catarata es agua que pasa de un sitio a otro porque están a distinta altura, de forma similar el calor es la energía que pasa de un cuerpo a otro porque están a distinta temperatura.

CONCLUSION:

En esta investigación encontramos información acerca de los calorímetros y de combustibles, en los calorímetros se pueden determinar el calor especifico de cualquier elemento y se vio los tipos de calorímetros k existen además de cómo se utilizan y el proceso para determinar el calor especifico. En los combustibles aprendimos que existen combustibles sólidos, líquidos y gaseosos y cuál es su poder calorífico y sus características más importantes, además de donde provienen todos los combustibles que es el petróleo.

“PRUEBAS CON COMBUSTIBLES SÓLIDOS O LÍQUIDOS EN EL CALORÍMETRO ADIABÁTICO”

CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERIA

PRUEBAS CON COMBUSTIBLES SÓLIDOS O LÍQUIDOS EN EL CALORÍMETRO ADIABÁTICO

Objetivos:- Utilizar el calorímetro adiabático en pruebas de combustibles.

Desarrollo:CALORIMETRO ADIAVATICO

LABORATORIO DE MAQUINAS TÉRMICAS 1

PROFESOR: LOPEZ ORNELAS ARMANDO

SECCIÓN: D07

NOMBRE: DIAZ BARBA DIEGO EDGARDO

CÓDIGO: 208477337

Un calorímetro es un aparato utilizado para determinar el calor específico de un cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos.

CARACTERISTICASUN CALORIMETRO IDEALMENTE PUEDE SER INSENSIBLE A LA DISTRIBUCION ESPACIAL DE LAS

FUENTES DE CALOR DENTRO DE EL. SI ESTE OBJETIVO ES ALCANZADO, ENTONCES LA POTENCIA PUEDE EN PRINCIPIO SER MEDIDA A CUALQUIER FRECUENCIA POR DISIPACION EN EL CALORIMETRO Y DETERMINAR LA CORRESPONDIENTE POTENCIA DC QUE DA LA MISMA LECTURA QUE LA POTENCIA NO CONOCIDA.

POR SUPUESTO LA TAREA DE DISEÑAR UN CALORIMETRO QUE SEA COMPLETAMENTE INSENSIBLE A LA DISTRIBUCION DE CALOR, NO ES POSIBLE Y LO MEJOR QUE PUEDE ALCANZARSE ES CONSTRUIR UN INSTRUMENTO EL CUAL TENGA UN CONOCIDO FACTOR DE CORRECCION, ESTOS FACTORES DE CORRECCION SON EVALUADOS DE UNA COMBINACION DE MEDICIONES Y CALCULOS, TENEMOS LA EFICIENCIA EFECTIVA:

LA EFICIENCIA EFECTIVA (e.e.) ES UN PARAMETRO RELATIVAMENTE ESTABLE PARA MASINSTRUMENTOS Y SIENDO ADIMENSIONAL ES INDEPENDIENTE DEL SISTEMA DE UNIDADES USADO. PARA LA MAYOR PARTE DE LOS CALORIMETROS LA e.e. PUEDE SER EVALUADA CON UNA INCERTIDUMBRE DE 0.1% A 1 GHz, 0.2 % A 40 GHz Y 0.5 % A 100 GHz.

LAS CORRESPONDIENTES INCERTIDUMBRES EN LOS VALORES DE LA POTENCIA ABSORBIDA RF O DE MICROONDAS SERAN NATURALMENTE UN POCO MAYORES QUE LOS DADOS, YA QUE DEPENDEN POR EJEMPLO DE LOS CONECTORES

AUNQUE EL PRINCIPIO DE MEDICION DE POTENCIA POR MEDIO DE SUS EFECTOS CALORIFICOS ES UNO DE LOS VIEJOS METODOS, LOS CALORIMETROS ACTUALES TIENEN SUS ORIGENES EN LOS DESARROLLOS DE LOS AÑOS 40 Y 50.VENTAJAS· ALTA PRECISION· ESTABILIDAD DE CALIBRACIONDESVENTAJAS· BAJA VELOCIDAD DE RESPUESTA· MUY VOLUMINOSOS

TIPOS DE CALORIMETRO· ESTATICOS· NO ESTATICOS

CALORIMETROS COMUNMENTE USADOS· DRY LOAD CALORIMETER· EL MICROCALORIMETRO· CALORIMETRO DE FLUJO

OTROS TIPOS DE CALORIMETROSCALORIMETRO ADIAVATICOCALORIMETRO DE CAMBIO DE ESTADODRY LOAD CALORIMETER

EN COMPARACIÓN CON LOS INSTRUMENTOS POSTERIORES LA PRECISIÓN ERA MUY MODESTA CON UNA INCERTIDUMBRE DE 2% PARA LA VERSIÓN COAXIAL Y UNO A 2.5% PARA LAS VERSIONES DE GUÍA DE ONDAS. NO OBSTANTE, ESTOS DISEÑOS ESTABLECIERONLA DIRECCIÓN GENERAL PARA LOS SIGUIENTES INSTRUMENTOS.

NUEVA PRECISIÓN EN CARGAS Y CONECTORES DESARROLLADOS EN LOS AÑOS 60 LLEVARON A UNA NUEVA GENERACIÓN DE CALORÍMETROS COAXIALES CON MEJOR PERFOMANCE E INCERTIDUMBRES DEBAJO DE 0.5% PARA FRECUENCIAS ARRIBA DE LOS 8 GHZ.LOS CALORÍMETROS OPERAN A NIVELES DE POTENCIA ENTRE 100 MW Y10 W RESPECTIVAMENTE.LA CARGA DE UN CALORÍMETRO ES UN ELEMENTO CRÍTICO. ES DESEABLE QUE ESTA PUEDA SER ACOPLADA ELÉCTRICAMENTE Y QUE TENGA UN MUY PEQUEÑO ERROR DE EQUIVALENCIA, QUE ES IGUAL A LA RF DISIPADA Y A LA POTENCIA DC QUE PUEDEN PRODUCIR LA MISMA LECTURA DE TEMPERATURA.

COMPONENTES ESENCIALES (DRY LOAD TYPE)

- LA CARGA DONDE LA POTENCIA ES DISIPADA.- LINEA DE TRANSMISION AISLADA ISOTERMICAMENTE LA CUAL CONECTA LA ENTRADA A LA CARGA- UN SENSOR DE TEMPERATURA

FUNCIONAMIENTO BASICOMUCHOS CALORIMETROS UTILIZAN EL PRINCIPIO DE CARGA DUAL, EN EL CUAL UNA ABSORBE MIENTRAS QUE LA SEGUNDA ACTUA COMO TEMPERATURA DE REFERENCIA.EL SENSOR DE TEMPERATURA REGISTRA LA DIFERENCIA ENTRE LAS TEMPERATURAS DE LAS 2 CARGAS.EN TEORIA LOS EFECTOS DE LAS FLUCTUACIONES DE LA TEMPERATURA EXTERNA SE CANCELAN DEBIDO A LA SIMETRIA, SIN EMBARGO SI LOS ALREDEDORES NO TIENEN UNA TEMPERATURA UNIFORME EL GRADIENTE DE TEMPERATURA PUEDE CAUSAR ERROR.EL ELEMENTO DE ABSORCION DE LA CARGA ES USUALMENTE UN THIN FILM RESISTOR, AUNQUE DIELECTRICOS DE BAJAS PERDIDAS SON USADOS PARA LAS VERSIONES DE GUIAS DE ONDAS. EL SENSOR DE TEMPÈRATURA ES MONTADO EN EL LADO DE AFUERA DE LA CARGA EN UNA POSICION DONDE NO ES INFLUENCIADO DIRECTAMENTE POR LOS CAMPOS ELECTROMAGNETICOS. SIENDO ESTA UNA DE LAS CARACTERISTICAS DISTINTIVAS DE UN CALORIMETRO Y ES ESENCIAL PARA SU ALTA PRECISION.EFECTO PELTIERCONSISTE EN QUE LA CIRCULACIÓN DE CORRIENTE EN UN SENTIDO PRODUCE UN CALENTAMIENTO Y AL CIRCULAR EN EL OTRO SENTIDO PRODUCE UN ENFRIAMIENTO.

EL MICROCALORIMETRO

ES EL TIPO DE CALORIMETRO MAS USADO. ESTRICTAMENTE HABLANDO, NO ES UN MEDIDOR DE POTENCIA PERO ES UN INSTRUMENTO PARA DETERMINAR LA EFICIENCIA EFECTIVA DE UN MONTAJE BOLOMETRICO.FUE ORIGINALMENTE INVENTADO PARA LA CALIBRACION DE METAL WIRE BOLOMETERS, PERO TERMISTORES Y PELICULAS BOLOMETRICAS TAMBIEN PUEDEN SER CALIBRADAS POR ESTE METODO.

FUNCIONAMIENTO

ANTES DE COMENZAR LA MEDICION, EL MONTAJE BOLOMETRICO ES INSERTADO DENTRO DEL CALORIMETRO, DONDE ACTUA COMO LA CARGA, CUANDO LA MEDICION ES COMPLETADA EL BOLOMETRO ES REMOVIDO Y ENTONCES PUEDE SER USADO COMO UNA REFERENCIA CALIBRADA.

PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓNEL PUENTE SUPLE UNA dc PARA MANTENER LA RESISTENCIA DEL ELEMENTO BOLOMETRO A UN VALOR ESPECIFICADO R. ANTES DE COMENZAR LA MEDICION rf LA SENSITIVIDAD G1 DE LA TERMOPILA ES DETERMINADA(V/W) NOTANDO LA SUBIDA EN VOLTAJE DE SALIDA DE LA TERMOPILA CUANDO LA dc ES APLICADA.

CUANDO LA POTENCIA rf ES APLICADA, LA POTENCIA DISIPADA EN EL ELEMENTO ES MANTENIDA CONSTANTE POR EL PUENTE, PERO LA POTENCIA ES DISIPADA ADICIONALMENTE EN LAS PAREDES Y EN CUALQUIER OTRO LUGAR DEL MONTAJE.

CALORIMETRO DE FLUJOLA POTENCIA ES MEDIDA A TRAVES DEL CALOR DE UN FLUIDO QUE FLUYE A TRAVES DE LA CARGA. UNA INDICACION DE LA POTENCIA ES DADA POR LA SUBIDA EN LA TEMPERATURA DEL FLUIDO PASANDO DEL ORIFICIO DE ENTRADA AL DE SALIDA.

CARACTERISTICASLAS VERSIONES DE GUIAS DE ONDAS UTILIZAN COMO FLUIDO DE TRABAJO AGUA. MIENTRAS QUE EL COAXIAL UTILIZA ACEITE Y ES CONSTRUIDO PARA BAJAS FRECUENCIAS. AIRE TAMBIEN PUEDE SER USADO, PERO EL USO DE GASES CREA UN PROBLEMA ADICIONAL A CAUSA DEL CALOR DEBIDO A LA COMPRESIBILIDAD.LOS CALORIMETROS DE FLUJO PUEDEN MANEJAR MAYORES POTENCIAS QUE LOS TIPOS ESTATICOS. SU PRINCIPAL APLICACIÓN ES PARA POTENCIAS DE MUCHOS WATTS. PARA MEDIR LAS SUBIDAS DE TEMPERATURA EN UN CALORIMETRO USUALMENTE SE EMPLEAN TERMOPILAS, TERMOMETROS DE RESISTENCIA Y ALGUNAS VECES TERMISTORES.

CALORIMETRO DE CAMBIO DE ESTADOESTE TIPO DE CALORÍMETRO NO ES MUY USADO. EL CALOR A SER MEDIDO FUNDE UNA CANTIDAD DE SÓLIDO O HIERVE UNA CANTIDAD DE LÍQUIDO. EL MEDIO ESTÁ EN EQUILIBRIO TÉRMICO Y POR ESO TODO EL CALOR ENTRANTE ES USADO PARA PRODUCIR ELCAMBIO DE ESTADO, LA POTENCIA P ESTA DADA POR:

COMBUSTIBLES LIQUIDOS

Como derivados que son del petróleo crudo, los combustibles líquidos están formados básicamente por compuestos hidrocarbonados. Pueden contener, además, O2, S, N,..

Las principales características que caracterizan a un combustible líquido serán: poder calorífico, densidad específica, viscosidad, volatilidad, punto de inflamación, punto de enturbiamiento y congelación, contenido de azufre, punto de anilina y presión vapor Reid.1) Poder Calorífico: Es el calor de combustión: energía liberada cuando se somete el combustible a un proceso de oxidación rápido, de manera que el combustible se oxida totalmente y que desprende una gran cantidad de calor que es aprovechable a nivel industrial.Se tratará de evaluar el rendimiento del combustible en una instalación industrial.

Hay que recordar la diferencia entre PCS y PCI: En uno consideramos la formación de agua en estado líquido y en otro en estado vapor. Así, la diferencia entre ambos será el calor de vaporización del H2O (540 kca/kg)

2) Densidad específica o relativa: Fue la primera que se utilizó para catalogar los combustibles líquidos. Los combustibles se comercializan en volumen, por ello es importante saber la densidad que tienen a temperatura ambiente.Se define la densidad específica como:

Densidad específica o relativa =

La escala más comúnmente utiliza es la escala en grados API (a 15ºC).API definió sus densímetros perfectamente, estableciendo sus características y

dimensiones en las especificaciones. Las densidad específicas o relativas de los combustibles líquidos varían, pero los más

ligeros serán los que tengan menor contenido en átomos de carbono. De este modo, las gasolinas serán las que tengan menor densidad específica, mientras que los fuel-óleos serán los que mayor densidad específica tengan. Esto se comprueba con los siguientes datos:

Gasolinas: 0,60/0,70 Gasóleos: 0,825/ 0,860 Fuelóleos: 0,92/1

Es importante conocer la densidad específica y la temperatura a la que se midió, porque los combustibles líquidos, como ya dijimos, se comercializan midiendo su volumen, el cual va a variar con la temperatura.

Hay ecuaciones que correlacionan la variación de densidad con la variación de la temperatura (tablas ASTM)

3) Viscosidad: Mide la resistencia interna que presenta un fluido al desplazamiento de sus moléculas. Esta resistencia viene del rozamiento de unas moléculas con otras. Puede ser absoluta o dinámica, o bien relativa o cinemática.

La fluidez es la inversa de la viscosidad. Por ello la medida de la viscosidad es importante porque nos va a dar una idea de la fluidez del combustible; permite apreciar la posibilidad del bombeo de un producto en una canalización y de este modo nos permite saber si podemos tener un suministro regular. La viscosidad es muy importante en el caso de los fuel-oils, ya que éstos se clasifican siguiendo criterios de viscosidad a una determinada temperaturas.La unidad de la viscosidad es el Poise: g.cm-1.s-1

La viscosidad cinemática se define como:

Viscosidad cinemática=

La viscosidad relativa se define como:

Viscosidad relativa =

Para medir la viscosidad en combustibles líquidos se emplean viscosímetro de vidrio. Es muy importante decir la temperatura a la cual se ha evaluado la densidad. Existen diversas escalas para expresar la viscosidad de un producto petrolífero y existen también ecuaciones de correlación entre ellas. El hecho de que un combustible (o un líquido en general) tenga la viscosidad muy alta quiere decir que es poco fluido.4) Volatilidad. Curva de destilación: La volatilidad se determina con la curva de destilación. Un combustible líquido es una fracción de la destilación del crudo de petróleo. Tendremos una u otra cosa dependiendo de donde cortemos en la destilación, es decir, de las temperaturas donde recojamos en el intervalo de destilación. No tendremos una temperatura única, sino que a medida que el volumen recogido va aumentando va variando la temperatura.

La temperatura va a ascendiendo porque tenemos otros compuestos con más átomos de C en la cadena que se van evaporando poco a poco. Después de condensan al ponerse en contacto con las paredes frías y se recogen. Así, cuanto mayor sea la temperatura, se evaporarán los más pesados, los de mayor número de átomos de carbono en la cadena.

Parámetros de la destilaciónDependerán del combustible a destilar. Son:Punto inicial de destilación : IBP: Temperatura a la que cae la primera gota de destilado Punto final de destilación : EBP Volumen de pérdida (P) Volumen de residuos ( r ) Volumen de recogido ( R )

Si ponemos inicialmente 100 ml, las pérdidas serán 100-(R+r)Los residuos son los que no son capaces de pasar a fase vaporTodo lo dicho es referido a una presión de 760 mm Hg. Como la presión del ensayo no va a ser esa, se mide la presión del ensayo y después se hacen las correcciones para que las temperaturas medidas estén referidas a 760 mm Hg.Este ensayo de volatilidad se aplica a gasolinas, naftas y querosenos, combustibles de turborreactores y gasóleos. El ensayo para los combustibles más pesados habría que hacerlo a presión reducida, no a la atmosférica, y es por ello que no se hace a los fuel-oils.5) Punto de Inflamación: Se define como la mínima temperatura a la cual los vapores originados en el calentamiento a una cierta velocidad de una muestra de combustible se inflaman cuando se ponen en contacto con una llama piloto de una forma determinada. Esto en lo que se refiere a un combustible líquido. El punto de inflamación nos da una idea de la cantidad de compuestos volátiles o muy volátiles que puede tener un combustible. Teniendo en cuenta el punto de inflamación podremos estimar cuales van a ser las condiciones de almacenamiento de ese combustible. Según como vayan a ser las condiciones de almacenamiento, el punto de inflamación se determinará en vaso abierto Cleveland o en vaso cerrado Perski-Maters 6) Punto de enturbiamiento y congelación: Todas las características que se han mencionado se refieren al número de átomos de carbono en las cadenas. El punto de enturbiamiento sólo se aplica a los gasóleos, y es la temperatura mínima a la que sometiendo el combustible a un enfriamiento controlado se forman en el seno del mismo los primeros cristales de parafina (de cadenas carbonadas lineales, alcanos. Son los de mayor punto de congelación y los más pesados.Los componentes más pesados son los que cristalizan y solidifican antes, son los de más alto punto de congelación (lo hacen con “más calor”). Esto va a dificultar el fluir del combustible. Esta característica se suele sustituir hoy en día por el punto de obstrucción del punto en frío (PDF), y que consiste en una prueba análoga a la anterior (se observa la formación de los primeros cristales de parafina), pero que se realiza de un modo distintoPunto de congelación: La diferencia con el punto de enturbiamiento está en el termómetro utilizado. Se aplica a gasóleos y a fuel-oils. En el punto de enturbiamiento el termómetro toca el fondo del tubo de ensayo; en la prueba del punto de congelación, no se toca el fondo del tubo de ensayo, ya que aquí se mide la temperatura a la cual se ha solidificado toda la muestra.

En el de enturbiamiento vemos cuando solidifican los primeros cristales (es decir, los de punto de congelación más alto). En el de congelación ya ha solidificado toda la muestra. Si ponemos el tubo horizontal, la muestra no debe moverse en 3 segundosPrueba de enturbiamiento: Vemos cristales de compuestos parafínicos, que son los que tienen el punto de congelación más alto.

Punto de congelación Hay un mayor número de compuestos hidrocarbonados solidificados. A esta temperatura el producto no puede fluir por la canalización en la que se encuentra. Hay que tener que no se alcance este punto en la operación del combustible porque podría acarrear graves problemas.7) Contenido en azufre: El azufre que se encuentra en un combustible líquido deriva del crudo de petróleo del que procede el combustible y a veces puede derivar de algún proceso al que ha sido sometido en el fraccionamiento. Nos interesará que el contenido en azufre sea el menor posible, ya que la legislación marca unos límites. Los problemas que nos pueden provocar el azufre contenido en un combustible líquido son:- Corrosiones en los equipos en los que se quema el combustible, en equipos auxiliares (chimeneas), precalentadores de aire,... - Contaminación ambiental, que se debe evitar - Influye sobre el poder calorífico del combustible, pudiendo hacer que sea menor. Puede variarlo bastante - Si estamos utilizando el combustible en una planta donde se van a utilizar los gases de combustión, puede traer problemas al entrar en contacto directo con lo que se está produciendo en la planta. 8) Punto de anilina: El punto de anilina es la temperatura mínima a la cual una mezcla de anilina y muestra al 50% en volumen son miscibles (la anilina es una fenil-amina) dibujo. Se trata pues de la temperatura de solubilidad de la anilina y la muestra. Este punto caracteriza muy bien a los productos petrolíferos, pues tanto éstos como la anilina son compuestos aromáticos, y como lo semejante disuelve a lo semejante, resulta que si el punto de anilina es bajo, el contenido de aromáticos es mayor, y si es alto, el contenido de parafinas será entonces mayor. De este modo podemos determinar si un petróleo tiene un carácter más parafínico o más aromático.El ensayo para determinar el punto de la anilina consiste en meter la muestra en un baño de calentamiento. A temperatura ambiente son miscibles. Se aumenta la temperatura hasta que se mezclan, que será cuando la mezcla se vuelve transparente (aquí es cuando se ve el filamento de la bombilla, que está situada detrás del tubo, sujeta a la placa metálica que sostiene el tubo)9) Presión de vapor de Reid: Aunque esta no sea una medida exacta de la volatilidad, nos mide la tendencia que presenta el combustible a pasar a fase vapor. Para determinarla se mide la presión de vapor formado en el calentamiento de una muestra de un combustible líquido a 37.8ºC (ASTM-D323)Esta prueba se emplea para saber qué ocurrirá en el almacenamiento de los productos en la refinería. Este ensayo no es una medida de la presión de vapor real, porque el aire que contiene la cámara va a estar en contacto con los vapores que se producen en el ensayo. Los sí es una medida indirecta de elementos ligeros o muy volátiles que contiene el combustible a ensayar. De esto deduciremos las conclusiones necesarias de cara al almacenamiento y transporte del combustible.

Para hacer esta ensayo hay que tener cuidado de no perder materia volátil de la muestra en su manipulación. Se leerá la presión en el manómetro, siendo ésta una medida indirecta de las materias volátiles que contiene.

Conclusión:Esta investigación trata de saber cuál es el punto de inflamación de sustancias, para esto se coloca cierta sustancia inflamable dentro de una copa cerrada y se le incrementa la temperatura asta observar que la sustancia empieza a incinerarse sin necesidad de la flama aplicada y así entender mas el uso de cierta sustancia inflamable para utilizarla en maquinas de combustión interna.

“DESCRIPCIÓN, MANEJO Y PRUEBAS EN LA COPA CERRADA PARA PUNTO DE INFLAMACIÓN”

CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERIA

DESCRIPCIÓN, MANEJO Y PRUEBAS EN LA COPA CERRADA PARA PUNTO DE INFLAMACIÓN

PUNTO DE INFLAMACION

1. METODO1.1. INTRODUCCION

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Es conveniente disponer de datos preliminares sobre la inflamabilidad de la sustancia antes de proceder al ensayo. Este procedimiento es aplicable a las sustancias líquidas cuyos vapores pueden ser inflamados por fuentes de ignición. Los métodos de ensayo descritos en el presente documento sólo son válidos para los intervalos de punto de infamación especificados en cada uno de los distintos métodos.

A la hora de seleccionar el método hay que tener en cuenta las posibles reacciones químicas entre la sustancia y el soporte de la muestra.

1.2. DEFINICIONES Y UNIDADESEl punto de inflamación es la temperatura mínima, corregida a una presión de 101,325

kPa, a la cual un líquido desprende vapores, en las condiciones definidas en el método de ensayo, en una cantidad tal que se produzca una mezcla vapor/aire inflamable en el recipiente de ensayo.Unidad: °Ct = T - 273,15(t en °C y T en K)

1.3. SUSTANCIAS DE REFERENCIANo es necesario utilizar sustancias de referencia cada vez que se examina una nueva

sustancia. Su principal función es la de servir para comprobar las características del método de vez en cuando y comprobar con los resultados obtenidos según otros métodos.

1.4. PRINCIPIO DEL METODOSe coloca la sustancia en un recipiente de ensayo y de calienta o se enfría hasta la

temperatura de ensayo según el procedimiento descrito en cada método concreto. Se hacen pruebas de ignición para observar si la muestra se inflama o no a la temperatura de ensayo.

1.5. CRITERIOS DE CALIDAD1.5.1. REPETIBILIDAD

La repetibilidad depende del intervalo del punto de inflamación y del método de ensayo utilizado; máximo 2 °C.1.5.2. SENSIBILIDADLa sensibilidad depende del método de ensayo utilizado.1.5.3. ESPECIFICIDAD

La especificidad de ciertos métodos de ensayo se limita a algunos intervalos de punto de inflamación y depende de las características de la sustancia (por ejemplo, alta viscosidad).

1.6. DESCRIPCION DEL METODO

1.6.1. PreparaciónSe coloca una muestra de la sustancia problema en un aparato de ensayo, de

conformidad con los puntos 1.6.3.1. y/o 1.6.3.2.Por seguridad, se recomienda para sustancias energéticas o tóxicas segur un método

que exija una muestra pequeña, alrededor de 2 cm³.

1.6.2. Condiciones de ensayo

Se debe instalar el aparato lejos de corrientes de aire, siempre que esto no suponga ningún problema de seguridad.

1.6.3. Desarrollo del ensayo

1.6.3.1. Método de equilibrioVéanse las normas ISO 1516, ISO 3680, ISO 1523 e ISO 3679.

1.6.3.2. Métodos de no equilibrio

Véanse las normas BS 2000, parte 170, NF M07-011 y NF T66-009.Aparato Abel-Pensky:Véanse las normas EN 57, DIN 51755 primera parte (para temperaturas de 5 a 65 °C). DIN 51755 segunda parte (para temperaturas inferiores a 5 °C) y NF M07-036.Aparato Tag:Véase la norma ASTM D-56.Aparato Pensky-Martens:

Véanse las normas ISO 2719, EN 11, DIN 51758, ASTM D 93, BS 2000-34 y NF M07-019.Observaciones:

Cuando el punto de inflamación determinado por un método de no equilibrio del punto 1.6.3.2, tiene los siguientes valores: 0 ± 2 °C, 21 ± 2 °C o 55 ± 2 °C, es conveniente confirmarlo mediante un método de equilibrio utilizando el mismo aparato.

Únicamente se pueden utilizar para la notificación los métodos que puedan dar la temperatura del punto de inflamación.

Para determinar en punto de inflamación de líquidos viscosos (pinturas, gomas, etc.) que contengan disolventes, sólo se pueden utilizar los aparatos y métodos de ensayo que permitan determinar en punto de inflamación de los líquidos viscosos.

Véanse las normas ISO 3679, ISO 3680, ISO 1523 y DIN 53213 primera parte.

Conclusión:El informe de ensayo incluirá, a ser posible, la siguiente información:

- Especificación precisa de la sustancia (identificación e impurezas).- Descripción del método utilizado, así como cualquier desviación.- Los resultados y cualquier otra información u observación que puedas ser útil para la interpretación de los resultados.

“DESCRIPCIÓN Y MANEJO DE ANALIZADOR DE GASES DE

COMBUSTIÓN”

CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERIA

DESCRIPCIÓN Y MANEJO DE ANALIZADOR DE GASES DE COMBUSTIÓN

Objetivos:- Identificar un analizador de gases de combustión.- Saber para qué sirve y como funciona.

Del resultado del proceso de combustión del motor se obtienen diversos gases y productos, entre ellos los más importantes son el CO ( monóxido de carbono ), el CO2 (dióxido de carbono ), el O2 ( Oxigeno ) , Hidrocarburos no quemados ( HC), Nitrógeno, Agua y bajo ciertas condiciones Nox ( óxidos de Nitrógeno).Un correcto análisis de las proporciones de los gases puede dar lugar a

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diagnósticos muy importantes del funcionamiento del motor. El analizador de gases de escape analiza la química de estos gases y nos dice en que proporciones se encuentran los mismos. Todos estos productos se obtienen a partir del aire y del combustible que ingresa al motor, el aire tiene un 80 % de Nitrógeno y un 20 % de Oxigeno (aproximadamente).Podemos entonces escribir lo siguiente:

AIRE + COMBUSTIBLE ====== > CO + CO2 + O2 + HC + H2O + N2 + Nox (bajo carga)

Una combustión completa, donde el combustible y el oxigeno se queman por completo solo produce CO2 (dióxido de carbono) y H2O (agua).Este proceso de una combustión completa y a fondo muy pocas veces se lleva acabo y entonces surge el CO (monóxido de carbono) y consiguientemente aparece O2 (Oxigeno) y HC (Hidrocarburos), tengamos en cuenta que la aparición de los mismos es porque al no completarse la combustión " siempre queda algo sin quemar." Los valores normales que se obtienen a partir de la lectura de un analizador de gases conectado a un motor de un vehículo de Inyección Electrónica son los siguientes:CO < 2 % O2 < 2%C O2 > 12% HC< 400 ppmEl nitrógeno normalmente así como entra en el motor, sale del mismo y en la medida que el motor no esté bajo una carga importante no forma Óxidos de Nitrógeno.CO (monóxido de carbono):El Monóxido es resultado del proceso de combustión y se forma siempre que la combustión es incompleta, es un gas toxico, incoloro e incoloro. Valores altos delCO, indican una mezcla rica o una combustión incompleta. Normalmente el valor correcto está comprendido entre 0,5 y 2 %, siendo la unidad de medida el porcentaje en volumen. CO2 (Dióxido de Carbono):El dióxido de Carbono es también resultado del proceso de combustión, no es toxico a bajos niveles, es el gas de la soda, el anudrido carbónico. El motor funciona correctamente cuando el CO2 está a su nivel más alto, este valor porcentual se ubica entre el 12 al 15 %. Es un excelente indicador de la eficiencia de la combustión.Como regla general, lecturas bajas son indicativas de un proceso de combustión malo, que representa una mala mezcla o un encendido defectuoso.HC (Hidrocarburos no quemados):Este compuesto representa los hidrocarburos que salen del motor sin quemar. La unidad de medida es el ppm, partes por millón de partes, recordemos que el porcentaje representa partes por cien partes y el ppm, partes por millón de partes. La conversión seria 1%=10000 ppm .Se utiliza el ppm, porque la concentración de HC en el gas de escape es muy pequeña. Una indicación alta de HC indica: Mezcla rica, el CO también da un valor alto. Mala combustión de mezcla pobre. Escape o aceite contaminado. El valor normal está comprendido entre 100 y 400 ppm.O2 (Oxigeno):Este compuesto es el oxigeno del aire que sobro del proceso de combustión. Un valor alto de Oxigeno puede deberse a mezcla pobre, combustiones que no se producen o un escape roto.Un valor de 0% significa que se ha agotado todo el oxigeno, si el Co es alto es indicativo de un mezcla rica. Normalmente el Oxigeno debe ubicarse debajo del 2 %.Nox (Óxidos de Nitrógeno):Los óxidos de Nitrógeno se simbolizan genéricamente como Nox, siendo la " x" el coeficiente correspondiente a la cantidad de átomos de Nitrógeno, puede ser 1, 2,3etc. Estos óxidos son perjudiciales para los seres vivos y su emisión en muchos lugares del mundo se encuentra

reglamentada. Los óxidos de Nitrógeno surgen de la combinación entre sí del oxigeno y el nitrógeno del aire, y se forman a altas temperaturas y bajo presión. Este fenómeno se lleva a cabo cuando el motor se encuentra bajo carga, y con el objetivo de disminuir dicha emisión de gases, los motores incorporan el sistema EGR (recirculación de gas de escape).El EGR está constituido por una válvula, de accionamiento neumático o eléctrico, que permite que partes de los gases de escape pasen a la admisión del motor, y de esta forma se encarezca la mezcla. Si bien el motor pierde potencia, la temperatura de combustión baja y ello lleva aparejado una disminución en la emisión de Nox. Tenemos que destacar que la válvula EGR, se abre en motores naftenos sólo bajo condiciones de carga y su apertura es proporcional a la misma. El sistema EGR disminuye las emisiones de óxidos de nitrógenos, por una baja significativa en la temperatura de la cámara de combustión, como consecuencia del ingreso del gas de escape a la misma.Relación Lambda:Se define a la relación Lambda como Rel. Lambda = R. Real / 14.7Siendo R. Real la relación en peso aire- combustible real que tiene el motor en ese momento. La relación ideal aire-combustible es de 14.7 gr. de aire y 1 gr. de nafta. Supongamos que el motor está funcionando con una mezcla un poco rica, por ejemplo con una relación 13.8:1, entonces la relación lambda será R. Lambda= 13.8/14.7Vemos que este valor será 0.9.En resumen una relación lambda menor que 1, significa que la mezcla aire combustible se está produciendo en una condición de riqueza. Una relación lambda mayor que 1, significa que la relación aire combustible se está efectuando en una condición de pobreza. Tengamos presente algo muy importante: Una relación lambda=1, significa que el aire y el combustible han sido mezclados en la proporción exacta, lo que no implica que el motor después queme bien esos productos.Esto puede interpretarse como que a pesar que la mezcla es correcta, el motor puede tener deficiencias y quemar mal esa mezcla. Este concepto es importante porque nos puede indicar problemas en el motor, como una mala puesta a punto de la distribución, un encendido defectuoso, combustiones desparejas por inyectores sucios, etc.

Analizadores de Gases Infrarrojos,Funcionamiento y principios básicos:

Actualmente existen diversos tipos de sistemas para análisis de gases de escape. Trataremos a continuación la teoría y explicación del funcionamiento de los analizadores de gases de escape infrarrojos. La energía infrarroja IR es una forma de luz. La longitud de onda de esta energía es más larga que la de la luz que nosotros podemos llegar a ver, de todas maneras el ser humano no puede ver la energía infrarroja directamente desde sus ojos. De hecho existen algunos dispositivos que pueden detectar la presencia de ondas de luz infrarroja. Muchos gases tienen la propiedad de absorber ondas de luz específicas. Los gases principales en el campo de trabajo automotriz como lo son: monóxido de carbono, hidrocarburos, dióxido de carbono, etc. tienden a absorber las bandas estrechas de longitudes de ondas infrarrojas 5 ó 6 veces más largas que la luz visible. La absorción del ancho de las bandas de cada uno de los componentes de un gas es relativamente estrecha. Afortunadamente hay un muy pequeño lapso de absorción de bandas en varios gases presentes en una corriente de gases. Es posible detectar la presencia de un gas, por medición del equivalente de la luz infrarroja absorbida en una onda particular de energía infrarroja que pasa a través de las células contenidas en la mezcla de un gas. Si un gas absorbe un espectro de luz infrarroja, y este espectro es característico y específico de dicho gas, entonces la indicación de esta absorción puede ser usada como indicación de la concentración de dicho gas. La concentración de un gas que se quiere medir puede ser expresada porcentualmente de acuerdo a la absorción de IR que pasa a través de una celda que contenga ese gas en una mezcla de gases. El método frecuentemente usado en analizadores de gases de escape para poder medir la concentración de los gases presentes en la mezcla, consiste en hacer pasar luz infrarroja por una celda que contiene el gas, y detectar la energía absorbida por cada uno de los gases con detectores apropiados. Estos detectores consisten en un filtro óptico formando por un lente que permite solo pasar las longitudes de onda del espectro infrarrojo correspondientes al gas cuya concentración se quiere medir.

Luego de este filtro, la luz es censada por un sensor óptico electrónico(fotodiodo o fototransistor).

Entre la celda de medición y el emisor de infrarrojo existe un disco ranurado que deja pasar la luz infrarroja en intervalos irregulares (CHOPPER), en el caso el analizador de gases sea de dos

gases existe un filtro para cada uno de estos gases, la celda de medición es también sometida a una leve temperatura que es controlada por un dispositivo. Los sensores ópticos, así constituidos envían señales eléctricas a circuitos electrónicos amplificadores, los cuales terminan marcando en un display los valores de cada uno de los gases que son censados por estos dispositivos.

RESUMEN:Motores sin catalizador CO 1-2 %CO2 > 13%O2 < 2%HC< 300ppm Nox, depende de la condición de carga del motor. En motores con catalizador se busca disminuir las concentraciones de monóxido de carbono, Hidrocarburos y óxidos de nitrógenos. Los catalizadores pueden tener varias vías, y se denomina vía, a la posibilidad de disminuir cada uno de los gases. Por ejemplo un catalizador de 2 vías, disminuye las emisiones de C O y HC. Uno de 3 vías, las emisiones de C O, HC y Nox. El sensor lambda, ubicado antes del catalizador, le asegura al mismo una concentración mínima de oxigeno a los efectos de que pueda trabajar. Tengamos presente que para cada uno de los procesos químicos que se llevan a cabo en un catalizador, siempre hace falta Oxigeno.Cuando el motor se encuentra frío, el oxigeno resulta insuficiente, ya que la mezcla es rica, a los efectos de garantizar oxigeno aun en esas condiciones, los motor es mas ecológicos incorporan la bomba de aire (bombea aire al sistema de escape), para que el convertidor (o catalizador) pueda trabajar.

CONCLUSIONES:

Aquí analizamos el uso del el analizador de gases y con los datos que nos proporciona podemos dar un diagnostico certero acerca del motor que estamos analizando ya que cada gas analizado arroja información que nos ayuda a entender la situación del motor en prueba, además aprendimos que algunos gases son más nocivos que otros y tenemos que tener cuidado con estos gases peligrosos y cuidar de nuestro medio ambiente.

“UNIDAD DE COMBUSTIÓN”

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UNIDAD DE COMBUSTION

Objetivos:

- Identificar la unidad de combustión en el laboratorio de mecánica así como su funcionamiento y partes que la forman.

- Comprender el funcionamiento de los elementos de un sistema de combustión para un proceso determinado.

Introducción:

La unidad de combustión permite el estudio de muchos aspectos de la combustión y de la operación del mechero (o quemador) usando los mecheros opcionales o cualquier mechero comercial de petróleo o de gas de hasta 150kW. Las cuatro ventanas amplias de observación en el armazón de la cámara de combustión enfriada por agua proporcionan una excelente facilidad para la demostración de la llama. Su instrumentación completa y características de seguridad permiten la operación del estudiante bajo supervisión sobre un margen amplio de relaciones de aire/combustible y de combustibles distintos. Un analizador de gas de

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PROFESOR: LOPEZ ORNELAS ARMANDO

SECCIÓN: D07

NOMBRE: DIAZ BARBA DIEGO EDGARDO

combustión y paquete de instalación de gases de combustión opcionales complementan la unidad de prueba de combustión que puede instalarse en casi cualquier laboratorio.

Desarrollo:

En la práctica que se desarrolló en el laboratorio sobre la unidad de combustión primero recibimos una descripción general sobre lo que era ésta por parte del maestro, luego estuvimos viendo las partes y después procedimos a encenderla. La unidad de combustión es un pequeño quemador controlado en el que se quema combustible dentro de un cilindro o cámara (en este caso el combustible era gas LP) y el cual se refrigera mediante un flujo de agua el cual es movido por una bomba. Con esta unidad se puede controlar la cantidad de oxígeno y de combustible que entra en combustión y así tener distintos tipos de llamas a distintas temperaturas para así poder hacer pruebas de mezclas de aire/combustible antes de que se instale un quemador en una caldera. Primero encendimos la bomba de agua, y abrimos la válvula para que circulara agua a la unidad, luego se abrieron las válvulas de las tuberías del aire (oxígeno) y del gas, se encendió el piloto e inicio la combustión la cual pudimos observar mediante unas mirillas (pequeñas ventanas a los costados de la cámara) que tiene por los lados el cilindro. Después estuvimos modificando la cantidad de oxígeno y combustible y observábamos como cambiaba la llama desde un color amarillo/rojo hasta llegar a un azulado (combustión ideal).Mantuvimos un rato encendida la unidad y luego el maestro procedió a apagarla.Por último resolvimos dudas. Así concluyó la práctica.

Conclusiones:Como conclusión puedo decir que esta unidad de combustión sirve para hacer pruebas de combustión, permite hacer estudios de muchos de los aspectos de una combustión así como del quemador mismo. Sirve por ejemplo como cuando se quiere instalar un

“CALORÍMETRO DE ESTRANGULACIÓN”

nuevo quemador en una caldera de alguna central termoeléctrica primero se hacen pruebas en un equipo de estos antes de instalar el quemador definitivamente, ya que como sabemos en todos los lugares la cantidad de oxigeno en el aire varia en todos los lugares debido a la altitud etc. Y debemos de hacer pruebas para estar seguros del rendimiento óptimo del quemador en la caldera.

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CALORÍMETRO DE ESTRANGULACIÓNObjetivo:

- Identificar lo que es un calorímetro de estrangulación.- Identificar las funciones y modo de operar del calorímetro.

Introducción:Calorimetría significa: medición de calor. Calor es la transferencia de energía durante

los cambios de temperatura. El calor también interviene en los cambios de fase, como la fusión del hielo o la ebullición del agua, sin embargo, en este proceso la energía se emplea en otro cambio importante a nivel molecular del cuerpo.

El estudio, será medir estas transferencias, considerando las variables que intervienen y que podemos controlar, nos permitirá predecir o anticipar lo que ocurrirá en los cuerpos. Algunas definiciones de conceptos importantes:1) Calor es la energía en tránsito (en movimiento) entre 2 cuerpos o sistemas, proveniente de la existencia de una diferencia de temperatura entre ellos. 2) Unidades de Cantidad de Calor (Q) Las unidades de cantidad de calor (Q) son las mismas unidades de trabajo (W). Sistema Técnico Kilográmetro (Kgm) Sistema Internacional (S.I.) o M.K.S. Joule (J) Sistema C.G.S. Ergio (erg) Hay otras unidades que usan para medir el calor: - Caloría (cal), - Kilocaloría (Kcal) = 1000 cal - British Termal Unit (BTU). Caloría: es la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de 1 gramo de agua, en 1ºC, (de 14,5 °C a 15,5 °C) a la presión de 1 atmósfera (Presión normal). Relación entre unidades

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1 Caloría (cal) = 4,186 Joules 1 Kilo calorías = 1x103 cal 1 BTU = 252 cal 1 Joule (J) = 1x107 erg

3) Calor de combustión: Es la razón entre la cantidad de calor (Q) que es suministrada por una determinada masa (m) de un combustible al ser quemada: Qc= calor de combustión en cal/gr

4) Capacidad térmica de un cuerpo C: Es la relación entre la cantidad de calor (Q) recibida por un cuerpo y la variación de temperatura (Δt) que éste experimenta. Además, la capacidad térmica es una característica de cada cuerpo y representa su capacidad de recibir o ceder calor variando su energía térmica. C= capacidad térmica en cal/ºC 5) Calor específico de un cuerpo: Es la razón o cociente entre la capacidad térmica (C) de un cuerpo y la masa (m) de dicho cuerpo. Además, en el calor específico se debe notar que es una característica propia de las sustancias que constituye el cuerpo, en tanto que la capacidad térmica (C) depende de la masa (m) y de la sustancia que constituye el cuerpo.

Desarrollo:Un calorímetro es un aparato utilizado para determinar el calor específico de un

cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos.Un calorímetro idealmente puede ser insensible a la distribución espacial de las fuentes de calor dentro de él. Si este objetivo es alcanzado, entonces la potencia puede en principio ser medida a cualquier frecuencia por disipación en el calorímetro y determinar la correspondiente potencia DC que da la misma lectura que la potencia no conocida.

El calorímetro de estrangulación es un instrumento que permite medir la calidad del vapor en forma indirecta; si el vapor se estrangula y a continuación se expansiona sin realizar trabajo o sin pérdida de calor, la energía total del vapor permanece invariable. Las pérdidas por radiación deben reducirse al mínimo y, para ello, el calorímetro y los ductos de vapor deben estar completamente aislados térmicamente.

Funcionamiento: Aquí, mientras el vapor entra por la tobera de toma de muestras, éste se estrangula al pasar por la válvula situada a la entrada del calorímetro. A continuación entra el vapor a la cámara de expansión, escapando finalmente el mismo a la atmosfera. Cuando el vapor pasa por la válvula de estrangulamiento, la entalpia disminuye y la energía cinética aumenta; pero, luego al entrar en la cámara de expansión la energía cinética es disipada y la entalpia inicial es obtenida nuevamente sin realizar trabajo; por lo tanto la entalpia es la misma antes y después del estrangulamiento. El calorímetro mencionado, funciona propiciado por el respectivo proceso adiabático; ya que no debe existir transferencia de calor con el medio que lo rodea, para que los valores de la calidad sean confiables; por lo tanto el calorímetro y los ductos de muestra de vapor, deben estar completamente aislados térmicamente. El calorímetro de estrangulamiento se utiliza para contenidos de humedad bajos, aproximadamente entre x=0,95 y x=1,0.En otras palabras, en el calorímetro de estrangulamiento, el vapor de entrada se alimenta dentro del cuerpo del calorímetro de estrangulamiento vía un orificio fijado. La presión dentro del calorímetro es más alta que la presión atmosférica. Eso hace que el vapor se ponga súper calentado y midiendo la temperatura y las presiones finales de este vapor, la fracción de sequedad del vapor puede calcularse.

Conclusión:En el caso de contenidos de humedad pequeños (la calidad del vapor está comprendida entre 0,95 y 1,0) se pueden determinar de forma indirecta mediante el calorímetro de estrangulación, a través de la expansión adiabática y el paso a vapor sobrecalentado, con ayuda del diagrama h-s. Ésta sería la aplicación del calorímetro de estrangulamiento, que nos permite medir la humedad del agua que se usa en los procesos de una central en los que se usan calderas, o dicho de otra manera, nos permite calcular la calidad del vapor de agua siempre y cuando ésta sea pequeña.

“DIAGRAMA DE MOLLIER”

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DIAGRAMA DE MOLLIER

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PROFESOR: LOPEZ ORNELAS ARMANDO

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NOMBRE: DIAZ BARBA DIEGO EDGARDO

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Objetivos:- Identificar qué es un diagrama de Mollier.- Saber para qué sirve y cómo se utiliza.

Introducción:

Los diagramas termodinámicos representan en forma gráfica las propiedades termodinámicas de sustancias reales. Los diagramas más comunes que se emplean son:

Diagrama p-V (diagrama de Clapeyron): Este es uno de los más comunes. Tiene las siguientes propiedades de interés: el área bajo la curva representa el trabajo sin trasvasijamiento. En un ciclo cerrado, si el ciclo se recorre a favor de los punteros del reloj, el trabajo intercambiado es positivo (ciclo motriz). Si se recorre en contra de los punteros del reloj, el trabajo intercambiado es negativo (ciclo que absorbe trabajo).

Diagrama T-S (temperatura-entropía o Diagrama Entrópico): es muy empleado, pues (si las evoluciones son reversibles) el área encerrada por el ciclo o bajo la curva representa los calores intercambiados.

Diagrama H-S (entalpía-entropía o Diagrama de Mollier): También es diagrama común, pues permite representar con facilidad evoluciones reales y estudiar las variaciones de entalpía. Esto último es clave al momento de estudiar intercambios de calor y trabajo basándose en el primer principio.

Si para un diagrama dado se escogen las variables principales en forma adecuada, es posible deducir todas las variables termodinámicas de importancia a partir de las propiedades que aparecen en el diagrama.

El diagrama de Mollier, es una gráfica en la cual están representadas las propiedades de un fluido, en la que la entalpia constituye una de las coordenadas; además, de contener las líneas correspondientes al líquido y vapor saturados, el diagrama posee trazos para representar: la presión, la temperatura, entropía, volumen específico y, la calidad del fluido.

Desarrollo:El diagrama do Mollier es una representación de las propiedades del agua y vapor de agua. Se usa un sistema principal de coordenadas H-S (Entalpía-Entropía).Básicamente el diagrama está compuesto por dos ejes principales y tres zonas delimitadas por una curva de saturación.

En el diagrama la línea de saturación (borde de la campana de cambio de fase) es una línea de importancia. Separa la zona de líquido saturado de la zona de vapor sobrecalentado. Dentro de la campana de cambio de fase las isóbaras se confunden con las isotermas. Es decir, si la condensación es a presión constante, también será a temperatura constante. Una propiedad importante de estas líneas de condensación es que son rectas.

El punto de origen del diagrama de Mollier (coordenadas 0) es a 1 atm de presión y 0° C de temperatura. Allí se fija a la entropía y entalpía con valor 0. Los diagramas de Mollier usuales solo representan una porción del espacio completo H-S. Esta representación se limita a las temperaturas y presiones más usuales y en general se excluye la zona de líquido saturado o subsaturado.

Uso práctico del Diagrama de Mollier:En este párrafo daremos las indicaciones más básicas para el uso de este diagrama. Mayores detalles se verán en los párrafos sobre los ciclos termodinámicos de vapor.

a) Aspectos generales:En la figura se ilustra el diagrama de Mollier en general. Al usar los ejes H-S se tiene la enorme ventaja de que es sencillo poder determinar los intercambios de calor y trabajo para casi cualquier evolución. Basta aplicar el primer principio. En efecto: ∆H = ∆Q - ∆Wtec

Si la evolución es adiabática, la variación de entalpía da directamente el trabajo técnico realizado. Además si la evolución es sin roce, será una identrópica (vertical).

b) Zona de campana de cambio de fase:Dentro de la campana de cambio de fase se debe tener claro que las isotermas y las isóbaras se confunden en una línea única que llamamos rectas de condensación. En el diagrama se lee directamente la presión. Para leer la temperatura es necesario subir por la recta de condensación y leer la temperatura en x=1 (línea de vapor saturado). Las otras líneas de importancia en esta zona son las líneas de igual título. Definiremos al título x del vapor como: x = Masa Vapor saturado liq. + vap. satur.No olvidar que un líquido está saturado cuando está en equilibrio con su fase vapor. Asimismo el vapor está saturado cuando está en equilibrio con la fase líquida. Por lo tanto el concepto de título representa la fracción de vapor saturado que existe en una masa unitaria de líquido y vapor saturado. El concepto de título no tiene sentido fuera de la campana de cambio de fase.

c) Zona de vapor sobrecalentado:En esta zona se separan las isóbaras de las isotérmicas. Además de la información obvia que se extrae directamente del diagrama (Entalpía y Entropía en un punto), se puede además obtener información adicional. En efecto se puede:

Calor específico a presión constante: En la zona de vapor sobrecalentado la pendiente de la isóbara está relacionada con Cp, en efecto Cp = dQ/dT ; por lo tanto si uno supone un calentamiento isobárico se tiene que dQ = dH o bien ∆Q = ∆H para un valor de ∆T razonable (por ejemplo 5 a 10ºC).

Calor específico a volumen constante: Si en el diagrama de Mollier aparecen las isocoras (líneas de volumen específico constante) también es posible obtener los valores de Cv en diferentes partes de la zona de vapor sobrecalentado usando un método análogo al anterior.

A su vez se definen seis tipos de trazas a través de las cuales se describen los ciclos

de refrigeración y los estados de agregación de la materia.

Isobaras: Rectas paralelas que coinciden iguales valores de presión. Estas

son perpendiculares al eje de las ordenadas.

Isoentálpicas: Rectas paralelas que coinciden iguales valores de entalpía en masa. Estas

son perpendiculares al eje de las abscisas.

Isotermas: que en la zona de líquido subenfriado son paralelas a la ordenada y dentro de

la campana de mezcla son paralelas a la abscisa, y en la zona de vapor sobrecalentado

descienden en forma curva. Estas trazas –“paralelas” entre sí- coinciden los valores de

igual temperatura del sistema, y en las tablas Ph en el SI está expresado en grados

Celsius (color azul).

Isocoras: Son las curvas que coinciden los puntos con igual volumen específico y también

son paralelas entre sí para distintos valores. En el SI está expresado en [m³/kg]. Se

desarrollan en la izquierda de la zona de mezcla líquido-vapor y se extiende hacia la

derecha hasta la de vapor sobrecalentado hasta el final del diagrama (color verde).

Isoentrópicas: Son las curvas que coinciden los valores de igual entropía en el sistema. En

el SI se miden en [kJ/kg K] ó [kJ/kg°C]. Paralelas entre sí y de una elevada pendiente (color

amarillo).

Nueve curvas de "título de vapor" o "calidad de vapor" que indican el porcentaje en masa

de vapor contenido en la mezcla líquido-vapor. Estas curvas, existentes sólo dentro de la

campana de mezcla, son coincidentes en su extremo superior mas su extremo inferior se

encuentra relativamente equidistante a la adyacente y así sucesivamente. Son nominadas

con los valores del 0,1 al 0,9 (color violeta).

En la parte superior de la curva de saturación se define el llamado punto crítico el cual es el

límite a partir del que, por mucho que se aumente la presión, no es posible condensar el gas.

Ejemplo de diagrama H-S o de Mollier

Conclusión:

El diagrama de Mollier es una herramienta que nos ayuda a encontrar las propiedades y características de agua líquida y vapor de agua cuando cambia de un estado de equilibrio a otro.

Estas características pueden ser el volumen específico, la presión, la temperatura, la entropía y la entalpía, etc.

En otras palabras, si para un diagrama dado se escogen las variables principales en forma adecuada, es posible deducir todas las variables termodinámicas de importancia a partir de las propiedades que aparecen en el diagrama.

“DETERMINACIÓN Y TRATAMIENTO DE LA

DUREZA EN AGUA PARA CALDERAS”

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DETERMINACION Y TRATAMIENTO DE LA DUREZA EN AGUA PARA CALDERAS

Objetivos:

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- Identificar el tipo de tratamiento que debe de cumplir el agua que se usa en las calderas para llevar a cabo un ciclo termodinámico.

Introducción:El tratamiento del agua de una caldera de vapor o agua caliente es fundamental para asegurar una larga vida útil libre de problemas operacionales, reparaciones de importancia y accidentes. El objetivo principal del tratamiento de agua es evitar problemas de corrosión e incrustaciones, asegurando la calidad del agua de alimentación y del agua contenida en la caldera. El aseguramiento de la calidad del agua de alimentación y agua de la caldera se consigue cumpliendo con los requerimientos de las normas, que definen los límites recomendados para los parámetros involucrados en el tratamiento del agua.

En nuestro planeta, el agua (H2O) es la única sustancia que coexiste abundantemente en los tres estados físicos posibles. Es nuestro único líquido común y el sólido pura más ampliamente distribuido, estando siempre presente en todas partes de la atmósfera suspendido en forma de partículas de hielo o sobre la superficie terrestre en diversos tipos de nieve y hielo. Es esencial para la vida; como importante reguladora de la temperatura corporal, como disolvente y vehículo portador de nutrientes y productos catabólicos, como reactante y medio de reacción, como lubricante y plastificador, como estabilizante de la conformación de biopolímeros, como probable inductora del comportamiento dinámico de macromoléculas, incluyendo sus propiedades (Enzimáticas) catalíticas y de otras formas ignoradas. Es verdaderamente sorprendente que la vida orgánica dependa tan íntimamente de esta pequeña molécula inorgánica y quizás más destacable aun que muy pocas personas y científicos se hayan percatado de ello.Pero el agua como principal componente de muchos alimentos; realiza una serie de tratamientos tanto industriales como domésticos; para obtener los: residuos totales, PH, alcalinidad, fenolftaleína total, dureza total, cloro residual.

Desarrollo:Las calderas necesitan pre tratamiento externo en la alimentación del agua o make-up dependiendo del tipo de caldera, la presión de operación, o del sistema total. Tratamiento químico interno es necesario, dependiendo del tratamiento externo del agua. El tratamiento externo del agua reduce la dosificación de productos químicos y los costos totales de operación. Esta publicación está enfocada principalmente a la reducción de Dureza Total en el agua mediante equipos de intercambio iónico. Los Sólidos Disueltos Totales y la Alcalinidad son también muy importantes por lo que los vamos a comentar en forma más superficial.

Cuando el agua es evaporada y se forma vapor, los minerales o sólidos disueltos y suspendidos en el agua, permanecen dentro de la caldera. El agua de reposición contiene una carga normal de minerales disueltos, estos hacen que se incrementen los sólidos disueltos totales dentro de la caldera. Después de un periodo de tiempo los sólidos disueltos totales (TDS) alcanzan niveles críticos dentro de la caldera. Estos niveles en calderas de baja presión se recomienda que no excedan 3500 ppm (partes por millón o miligramos por litro). TDS por encima de este rango pueden causar espuma, lo que va a generar arrastres de altos contenidos de TDS en las líneas de vapor, las válvulas y las tramas de vapor. El incremento en los niveles de TDS dentro

de la caldera es conocido como “ciclos de concentración”, este término es empleado muy seguido en la operación y control de la caldera. Agua de alimentación que contiene 175 ppm de TDS puede ser concentrada hasta 20 veces para alcanzar un máximo de 3500 ppm. Para explicar mejor los ciclos de concentración empleamos el siguiente ejemplo, si nosotros tenemos 20 botellas de un galón, cada una de ellas contiene 175 ppm de TDS y 19 de estas botellas es evaporado, dejando el contenido de sólidos de 175 ppm de cada uno dentro de la última botella de agua, la mezcla de las sales de las 19 botellas con la última botella de agua nos dará como resultado 20 ciclos de concentración. Recordemos que la máxima cantidad recomendada de sólidos disueltos totales TDS en una caldera de baja presión es de 3500 ppm. En Calderas de mayores presiones de operación los límites de TDS disminuyen en relación a la presión de operación. En el tema “Sumario de la Calidad del Agua” (adelante en esta sección) encontraremos la Tabla A en donde se ilustra este factor. Para controlar los niveles máximos permisibles de TDS, el operador debe de abrir en forma periódica la válvula de purga de la caldera. La purga es el primer paso para el control del agua en la caldera y esta debe de ser en periodos o intervalos de tiempo. La frecuencia es dependiendo la cantidad de TDS en el agua de reposición y de la cantidad de agua de reposición introducida. En calderas grandes o más críticas las purgas deben de ser automáticas o continuas. Adicionalmente al control de los ciclos de concentración de los TDS, la alcalinidad debe de ser considerada con mucha precaución. Los niveles de alcalinidad cuando se tienen calderas de baja presión, no deben de exceder las 700 ppm. La presencia de alcalinidad por encima de los 700 ppm puede resultar en un rompimiento de los bicarbonatos produciendo carbonatos y liberando CO2 (dióxido de carbono) libre en el vapor. La presencia de CO2 en el vapor generalmente se tiene como resultado un vapor altamente corrosivo, causando daños por corrosión en las líneas de vapor y retorno de condensados. El nivel de alcalinidad generalmente controla el total de ciclos de concentración en la caldera. Si el agua de reposición contiene 70 ppm de alcalinidad total en una caldera que no deba de exceder la concentración de 700 ppm se podrá operar a 10 ciclos de concentración (700 ppm / 70 ppm = 10 ciclos). Revisando el ejemplo previo si se considera que esta caldera no debe de exceder los 3500 ppm de TDS en el interior de la caldera, y si el agua de reposición tiene 175 ppm de TDS esto significa que en base a TDS el agua puede operar a 20 ciclos de concentración (3500 ppm / 175 ppm = 20 ciclos). Pero si nosotros basamos nuestros ciclos de concentración en los TDS, la alcalinidad en el interior de la caldera alcanzara los 1400 ppm (70 ppm de alcalinidad X 20 ciclos = 1400 ppm), se excederá el límite de los 700. Por lo tanto la purga en la caldera en este ejemplo deberá de ser realizada en base a la alcalinidad y no en base a los TDS. Aunque este artículo no está enfocado a la alcalinidad o el tratamiento de la alcalinidad, pero debe de ser obvio que es mejor tener menor purga en la caldera o mayor número de ciclos de concentración (la purga se convierte en perdida de calor y energía) por lo tanto en algunas ocasiones un Dealcalinizador debe de ser empleado. La reducción de la alcalinidad puede hacer que el control de la purga y los ciclos de concentración se realice en base a los niveles de TDS. La de alcalinización es un proceso por el cual agua suavizada es pasada hacia una unidad que contiene resina aniónica. La resina aniónica remueve aniones como sulfatos, nitratos, carbonatos y bicarbonatos, estos aniones son reemplazados por cloruros. Sal (cloruro de sodio) es empleada para regenerar la resina aniónica cuando esta se satura. La necesidad de emplear agua suavizada en el equipo Dealcalinizador es por el peligro de precipitación de carbonato de

calcio y de hidróxido de magnesio en la cama del Dealcalinizador. Por lo cual, la cama de intercambio iónico del anión obstruirá con materia suspendida. Esto es porque la resina del Dealcalinizador es más ligera que la convencional de un suavizador, por lo tanto el retro lavado es mucho menor y este es insuficiente para remover la materia suspendida. Emplear un suavizador como pre tratamiento sirve además de eliminar la dureza del agua como protección al Dealcalinizador. La concentración permitida en el interior de la caldera de TDS al igual que de alcalinidad va disminuyendo a medida que la capacidad de las calderas de presión se va incrementando. Esto se puede observar en la Tabla A incluida en el sumario de calidad de agua.

Métodos Empleados para Eliminar la Dureza del H2O Agua:Los métodos son:Decantación Filtración El tratamiento dependerá de la dureza del H2OLa dureza puede ser carbonática y no carbonática, dependiendo de que las sales de Ca y Mg sean carbonatos y bicarbonatos o sulfatos y cloruros. La dureza puede ser reducida por el método de cal – soda, en el cual el óxido de calcio, Ca (OH)2 cal viva o apagada reacciona con la dureza temporal bicarbonática, produciendo precipitados de Ca o Mg y la soda ash (Na2Co3) (sulfatos y cloruros), produciendo también precipitados de Ca y Mg. Estos precipitados son removidos por decantación y filtración.¿Cómo Influye la Dureza del H2O en la Calidad Final de los Alimentos?:El empleo de H2O con dureza (proviene del carbonato de calcio) y en el escaldado de vegetales reduce la absorción de agua totalmente carente de cationes también ejerce efectos negativos en estos productos. En el caso de las frutas que contiene pectinas, los iones divalentes producen una mayor rigidez.El agua es el principal componente de muchos alimentos, teniendo cada alimento su propio y característico contenido de este componente. El agua en la cantidad, localización y orientación apropiados influyen profundamente en la estructura, aspecto y sabor de los alimentos y en su susceptibilidad a la alteración debido a que la mayoría de los alimentos frescos contienen grandes cantidades de agua, se necesitan modos de conservación eficaces si se desea su almacenamiento a largo plazo.

¿Cuáles son los Métodos de Cloración de H2O?:Según las normas COVENIN los métodos son:Método de Mohr: Este método se basa en que en una solución neutra o ligeramente alcalina, el cromato de potasio puede indicar el punto final de la titulación de cloruros con nitratos de plata. El cloruro de plata es precipitado cuantitativamente antes de que el cromato de plata rojo se haya formado.Método de Charpentier – Volhard: En este método los cloruros de un volumen conocido de agua precipitan en presencia de ácidos nítricos por un exceso de nitrato de plata valorado.Este exceso de sal de plata se determina con una solución valorada de sulfocianuro amónico en presencia de alumbre de hierro que actúan como indicador.Método de Nitrato de Mercurio:

En este método los cloruros pueden ser titulados con nitrato de mercurio debido a la formación de cloruro de mercurio soluble y ligeramente disociado. En el intervalo de pH 2,3 – 2, 8 la difenilcarbonaza indica el punto final de la titulación por la formación de un complejo púrpura con exceso de iones mercúricos.Tratamiento que Recibe el Agua antes de Alimentar las Calderas:Adición en frío de una determinada dosis de calcio: el calcio y el magnesio de los bicarbonatos precipitan bajo la forma de carbonatos que se eliminan por filtración. Cambios iónicos "Permutación" debida a filtros de zeolitas (silicio – aluminatos de sodio) que retienen los iones Ca2+ y Mg2+ y ceden, en su lugar iones Na+, Este intercambio tiene por efecto crear un agua rica en bicarbonatos de sodio (o carbonato de sodio, después de la eliminación del anhídrido carbónico durante la ebullición), fuertemente alcalina y que no es aconsejable como agua bebida. Desmineralización por intercambio iónico sobre Resinas Sintéticas: los cationes presentes en el agua se reemplazan por iones hidrógeno y los aniones por iones hidroxilo; tan sólo deja de eliminarse, si el agua la contiene, la sílice (SiO2), que no está ionizada. Destilación, aplicable especialmente cuando se dispone de un excedente de calor residual. Hay que resaltar que las aguas desmineralizadas por destilación o intercambio de iones, son muy agresivas frente al hierro, porque los gases, concretamente el oxígeno y el anhídrido carbónico, son muy solubles en ellas; por lo tanto se necesita desgasificarlas antes de introducirlas en un generador de vapor.

Conclusión:

La dureza en el agua está formada de calcio y magnesio, La dureza en diferentes fuentes naturales de agua puede variar en forma muy considerable, depende de cada tipo de fuente de donde el agua es obtenida. Algunas zonas en el país que tienen formaciones de piedra caliza, el agua generalmente tienen alto contenido de dureza. El agua superficial esta generalmente diluida con agua de lluvia, el agua de la lluvia que cae en la tierra, se va filtrando pasando por diferentes capas de la tierra, en muchas de ellas va diluyendo sales y principalmente dureza. El grado de dureza en cada lugar nunca deberá de ser asumida. Se debe de hacer todo el esfuerzo posible para obtener un análisis del agua en el lugar en donde se va a instalar la caldera.

“ANÁLISIS Y DETERMINACIÓN DE OTRAS SUSTANCIAS

CONTAMINANTES EN EL AGUA PARA CALDERAS”

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ANÁLISIS Y DETERMINACION DE OTRAS SUSTANCIAS CONTAMINANTES EN EL AGUA PARA CALDERAS

Objetivos:

Introducción:El agua se encuentra en la naturaleza y va acompañada de diversas sales y gases en disolución.Según los elementos que la acompañan, podríamos considerar las mismas en dos grandes grupos: "Elementos Disueltos" y "Elementos en Suspensión", esto lo constituyen

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los minerales finamente divididos, como las arcillas y los restos de organismos vegetales o animales; y la cantidad de sustancias suspendidas, que son mayor en aguas turbulentas que en aguas quietas y de poco movimiento.Es importante destacar que es necesario añadir a las descritas, los residuos que las industrias lanzan a los cursos fluviales procedentes de distintos procesos de producción.Constituyen los elementos disueltos en el agua, las sustancias orgánicas, las sales minerales, los gases disueltos, las sales minerales y la sílice, aunque ésta también suele aparecer como elemento en suspensión en forma de finísimas partículas o coloides.

Desarrollo:Las aguas pueden considerarse según la composición de sales minerales presentes en:-Aguas Duras:Importante presencia de compuestos de calcio y magnesio, poco solubles, principales responsables de la formación de depósitos e incrustaciones.-Aguas Blandas:Su composición principal está dada por sales minerales de gran solubilidad.Aguas Neutras:Componen su formación una alta concentración de sulfatos y cloruros que no aportan al agua tendencias ácidas o alcalinas, o sea que no alteran sensiblemente el valor de pH.Aguas Alcalinas:Las forman las que tienen importantes cantidades de carbonatos y bicarbonatos de calcio, magnesio y sodio, las que proporcionan al agua reacción alcalina elevando en consecuencia el valor del pH presente.

Los gases disueltos en el agua, provienen de la atmósfera, de desprendimientos gaseosos de determinados subsuelos, y en algunas aguas superficiales de la respiración de organismos animales y vegetales. los gases disueltos que suelen encontrarse son él oxigeno, nitrógeno, anhídrido carbónico presente procede de la atmósfera arrastrado y lavado por la lluvia, de la respiración de los organismos vivientes, de la descomposición anaeróbica de los hidratos de carbono y de la disolución de los carbonatos del suelo por acción de los ácidos, también puede aparecer como descomposición de los bicarbonatos cuando se modifica el equilibrio del agua que las contengaEl gas carbónico se disuelve en el agua, en parte en forma de gas y en parte reaccionando con el agua para dar ácido carbónico de naturaleza débil que se disocia como ion bicarbonato e ion hidrógeno, el que confiere al agua carácter ácido.

Parámetros Tratamiento de Agua Los principales parámetros involucrados en el tratamiento del agua de una caldera, son los siguientes:

- pH. El pH representa las características ácidas o alcalinas del agua, por lo que su control es esencial para prevenir problemas de corrosión (bajo pH) y depósitos (alto pH).

- Dureza. La dureza del agua cuantifica principalmente la cantidad de iones de calcio y magnesio presentes en el agua, los que favorecen la formación de depósitos e

incrustaciones difíciles de remover sobre las superficies de transferencia de calor de una caldera.

- Oxígeno. El oxígeno presente en el agua favorece la corrosión de los componentes metálicos de una caldera. La presión y temperatura aumentan la velocidad con que se produce la corrosión.

- Hierro y cobre. El hierro y el cobre forman depósitos que deterioran la transferencia de calor. Se pueden utilizar filtros para remover estas sustancias.

- Dióxido de carbono. El dióxido de carbono, al igual que el oxígeno, favorecen la corrosión. Este tipo de corrosión se manifiesta en forma de ranuras y no de tubérculos como los resultantes de la corrosión por oxígeno.

La corrosión en las líneas de retorno de condensado generalmente es causada por el dióxido de carbono. El CO2 se disuelve en agua (condensado), produciendo ácido carbónico. La corrosión causada por el ácido carbónico ocurrirá bajo el nivel del agua y puede ser identificada por las ranuras o canales que se forman en el metal.

- Aceite. El aceite favorece la formación de espuma y como consecuencia el arrastre al vapor.

- Fosfato. El fosfato se utiliza para controlar el pH y dar protección contra la dureza. - Sólidos disueltos. Los sólidos disueltos la cantidad de sólidos (impurezas) disueltas en

al agua. - Sólidos en suspensión. Los sólidos en suspensión representan la cantidad de sólidos

(impurezas) presentes en suspensión (no disueltas) en el agua. - Secuestrantes de oxígeno. Los secuestrantes de oxígeno corresponden a productos

químicos (sulfitos, hidracina, hidroquinona, etc.) utilizados para remover el oxígeno residual del agua.

- Sílice. La sílice presente en el agua de alimentación puede formar incrustaciones duras (silicatos) o de muy baja conductividad térmica (silicatos de calcio y magnesio).

- Alcalinidad. Representa la cantidad de carbonatos, bicarbonatos, hidróxidos y silicatos o fosfatos en el agua. La alcalinidad del agua de alimentación es importante, ya que, representa una fuente potencial de depósitos.

- Conductividad. La conductividad del agua permite controlar la cantidad de sales (iones) disueltas en el agua.

Requerimientos Agua Alimentación y Caldera Sobre la base de las recomendaciones de la Norma Británica BS – 2486, la ABMA (American Boiler Manufacturing Association) y el TÜV, se han preparado las siguientes tablas que muestran los requerimientos que deberá satisfacer el agua de alimentación y el agua de una caldera para prevenir incrustaciones y corrosión en calderas de baja presión (hasta 10 bar).

Problemas más Frecuentes A continuación se describen los problemas, asociados al tratamiento de agua, encontrados con mayor frecuencia en las calderas.CORROSIÓN: Las principales fuentes de corrosión en calderas son la Corrosión por Oxígeno o “Pitting” y la Corrosión Cáustica. A continuación se describe en que consiste cada uno de estos tipos de corrosión, cuáles son los factores que la favorecen, que aspecto tiene y de qué manera pueden ser prevenidas. Corrosión por Oxígeno o “Pitting” La corrosión por oxígeno consiste en la reacción del oxígeno disuelto en el agua con los componentes metálicos de la caldera (en contacto con el agua), provocando su disolución o conversión en óxidos insolubles. Dado que la corrosión por oxígeno se produce por la acción del oxígeno disuelto en el agua, esta puede producirse también cuando la caldera se encuentra fuera de servicio e ingresa aire (oxígeno).

La prevención de la corrosión por oxígeno se consigue mediante una adecuada desgasificación del agua de alimentación y la mantención de un exceso de secuestrantes de oxígeno en el agua de la caldera.

Corrosión Cáustica La corrosión cáustica se produce por una sobreconcentración local en zonas de elevadas cargas térmicas (fogón, cámara trasera, etc.) de sales alcalinas como la sosa cáustica. Este tipo de corrosión se manifiesta en forma de cavidades profundas, semejantes al “pitting” por oxígeno, rellenas de óxidos de color negro, presentes solamente en las zonas de elevada liberación térmica (fogón, placa trasera y cámara trasera) de una caldera. La corrosión cáustica puede ser prevenida manteniendo la alcalinidad, OH libre y pH del agua de la caldera dentro de los límites recomendados.

Corrosión Líneas Retorno Condensado Las líneas de retorno de condensado, lógicamente no forman parte de una caldera, sin embargo, su corrosión tiene efectos sobre las calderas y puede ser prevenida con el tratamiento de agua. La corrosión de la las líneas de retorno de condensado tiene efectos sobre una caldera, ya que, los óxidos (hematita) producidos son arrastrados a la caldera con el agua de alimentación. Toda caldera cuyo lado agua tiene un color rojizo presenta problemas de corrosión en las líneas de retorno de condensado. La corrosión en las líneas de retorno de condensado se produce por la acción del ácido carbónico que en éstas se forma. La prevención de la corrosión en las líneas de retorno de condensado, puede ser conseguida mediante aminas neutralizantes que neutralizan la acción del ácido carbónica y aminas fílmicas que protegen las líneas.

Estas aminas son volátiles por lo que al ser dosificadas a las líneas de alimentación de agua, son arrastradas por el vapor producido en la caldera.

INCRUSTACIONES: Las incrustaciones corresponden a depósitos de carbonatos y silicatos de calcio y magnesio, formados debido una excesiva concentración de estos componentes en el agua de alimentación y/o regímenes de purga insuficientes. La acción de dispersantes, lavados químicos o las dilataciones y contracciones de una caldera pueden soltar las incrustaciones, por lo que deben ser eliminadas de una caldera muy incrustada para prevenir su acumulación en el fondo del cuerpo de presión.En el caso de que estas incrustaciones no sean removidas, se corre el riesgo de embancar la caldera y obstruir las líneas de purga de fondo, con lo que el problema puede tornarse aún más grave. La presencia de incrustaciones en una caldera es especialmente grave debido a su baja conductividad térmica actúa como aislante térmico, provocando problemas de refrigeración de las superficies metálicas y puede llegar a causar daños por sobrecalentamiento.

ARRASTRE DE CONDENSADO: El arrastre de condensado en una caldera tiene relación con el suministro de vapor húmedo (con gotas de agua). El suministro de vapor húmedo puede tener relación con deficiencias mecánicas y químicas. Las deficiencias mecánicas tienen relación con la operación con elevados niveles de agua, deficiencias de los separadores de gota, sobrecargas térmicas, variaciones bruscas en los consumos, etc. Por otro lado las deficiencias químicas tienen relación con el tratamiento de agua de la caldera, específicamente con excesivos contenidos de alcalinidad, sólidos totales (disueltos y en suspensión) y sílice, que favorecen la formación de espuma. Para prevenir el arrastre debido a deficiencias en el tratamiento de agua, se recomienda mantener los siguientes límites de los contenidos de alcalinidad, sólidos totales y sílice: Alcalinidad total (CaCO3) < 700 ppm Contenido de sílice (SiO2) < 150 ppm Sólidos disueltos < 3500 ppm

Conclusión:El tratamiento de agua es fundamental en la vida útil, la prevención de accidentes y la operación eficiente de las calderas. El agua debe estar cuidadosamente analizada ya que como se mencionó puede ocurrir corrosión, incrustaciones y arrastre de condensado, que son todos fenómenos que perjudican la vida de la caldera y como consecuencia el rendimiento de la misma, reflejándose en una pérdida de eficiencia. Solo a través de tratamientos de agua rigurosos e inspecciones periódicas, por parte de especialistas, es posible asegurar la efectividad en la protección de las calderas.

“DESCRIPCIÓN Y MANEJO DEL GENERADOR DE

VAPOR”

CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERIA

DESCRIPCIÓN Y MANEJO DEL GENERADOR DE VAPOR

Objetivos:- Identificar qué es un generador de vapor.

LABORATORIO DE MAQUINAS TÉRMICAS 1

PROFESOR: LOPEZ ORNELAS ARMANDO

SECCIÓN: D07

NOMBRE: DIAZ BARBA DIEGO EDGARDO

CÓDIGO: 208477337

- Ver cómo está conformado (partes que lo forman).- Saber cómo funciona.

Introducción:Como es bien sabido, la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma, y el hombre en su afán de aprovechar mejor la energía que extrae de la naturaleza, para mejorar y garantizar su calidad de vida, ha originado diversas formas de realizarlo desde hace mucho tiempo, pero emplea parte de la misma energía para lograrlo, con variados dispositivos, sistemas y/o equipos, por ejemplo en las centrales termoeléctricas.

Esta forma de transformar la energía química de un combustible en energía calorífica, se realiza en el dispositivo llamado caldera o generador de vapor (GV).Las múltiples aplicaciones que tienen las calderas industriales, las condiciones variadas de trabajo y las innumerables exigencias de orden técnico y práctico que deben cumplir para que ofrezcan el máximo de garantías en cuanto a solidez, seguridad en su manejo, durabilidad y economía en su funcionamiento, ha obligado a los fabricantes de estos equipos a un perfeccionamiento constante a fin de encarar los problemas. La búsqueda de soluciones ha originado varios tipos existentes agrupados según sus características más importantes.

Desarrollo:El termino de generador de vapor está siendo utilizado en la actualidad para reemplazar la denominación de caldera, e indica al conjunto de equipos compuestos por: horno (u hogar), cámaras de agua(o evaporador), quemadores, sobrecalentadores, recalentadores, economizador y precalentador de aire. Las calderas son dispositivos de ingeniería diseñados para generar vapor saturado (vapor a punto de condensarse) debido a una transferencia de calor, proveniente de la transformación de la energía química del combustible mediante la combustión, en energía utilizable (calor), y transferirla al fluido de trabajo (agua en estado líquido), el cual la absorbe y cambia de fase (se convierte en vapor). El término de caldera ha sido por mucho tiempo utilizado y los dos términos se usan indistintamente. Es común la confusión entre los términos de caldera y generador de vapor, pero la diferencia es que el segundo genera vapor sobrecalentado (vapor seco) y el otro genera vapor saturado (vapor húmedo).La producción de vapor a partir la combustión de combustibles fósiles se utiliza en todo tipo de industrias de transformación de materias primas y en las centrales termoeléctricas.Las calderas o generadores de vapor son instalaciones industriales que, aplicando el calor de un combustible sólido, líquido o gaseoso, vaporizan o calientan el agua para aplicaciones industriales. Hasta principios del siglo XIX se usaron calderas para teñir ropas, producir vapor para limpieza, etc., hasta que Papin creó una pequeña caldera llamada "marmita". Se usó vapor para intentar mover la primera máquina homónima, la cual no funcionaba durante mucho tiempo ya que utilizaba vapor húmedo (de baja temperatura) y al calentarse ésta dejaba de producir trabajo útil. Luego de otras experiencias, James Watt completó una máquina de vapor de funcionamiento continúo, que usó en su propia fábrica. La máquina elemental de vapor fue inventada por Dionisio Papin en 1769 y desarrollada posteriormente por James Watt en 1776. Inicialmente fueron empleadas como máquinas para accionar bombas de agua de cilindros verticales. Ella fue la impulsora de la revolución industrial, la cual comenzó en ese siglo y continua en el nuestro.

Máquinas de vapor alternativas de variada construcción han sido usadas durante muchos años como agente motor, pero han ido perdiendo gradualmente terreno frente a las turbinas. Entre sus desventajas encontramos la baja velocidad y (como consecuencia directa) el mayor peso por KW de potencia, necesidad de un mayor espacio para su instalación e inadaptabilidad para usar vapor a alta temperatura. Dentro de los diferentes tipos de calderas se han construido calderas para tracción, utilizadas en locomotoras para trenes tanto de carga como de pasajeros.

La generación de vapor para el accionamiento de las turbinas se realiza en instalaciones generadoras comúnmente denominadas calderas.La instalación comprende no sólo la caldera propiamente dicha, sino, además, componentes principales y accesorios tales como:- Economizadores y chimeneas. -Sobrecalentadores y recalentadores. -Quemadores y alimentadores de aire. -Condensadores. -Bombas y tanques de alimentación. -Domos.En la caldera propiamente dicha se produce el calentamiento, la evaporación y posiblemente el recalentamiento y sobrecalentamiento del vapor. La caldera puede incluir en su estructura alguno de los componentes citados.Las calderas se pueden clasificar según:a) El pasaje de fluidos, en humotubulares o acuotubulares.b) El movimiento del agua, de circulación natural o circulación forzada.c) La presión de operación, en subcríticas y supercríticas.Las calderas primitivas consistían en un gran recipiente lleno de agua que era calentado por un fuego en su parte inferior. El gran volumen de agua en estado de ebullición generaba fácilmente situaciones de gran riesgo al excederse la presión máxima admisible.Para aumentar la superficie de contacto gas-metal, y disminuir la cantidad de agua en ebullición se crearon primero las calderas humotubulares, en las que los gases de combustión circulan por tubos inmersos en el agua.El próximo paso en el desarrollo fue la creación de las calderas acuotubulares, en las que el agua circula por tubos que forman las paredes del hogar. De este modo se maximiza la transferencia de calor y se minimiza el volumen de agua reduciendo el riesgo de explosión.

Elementos de una caldera Las calderas de vapor, constan básicamente de 2 partes principales:

Cámara de agua:Recibe este nombre el espacio que ocupa el agua en el interior de la caldera, el nivel de agua se fija en su fabricación, de tal manera que sobrepase en unos 15 cms por lo menos a los tubos o conductos de humo superiores. Con esto, a toda caldera le corresponde una cierta capacidad de agua, lo cual forma la cámara de agua. Según la razón que existe entre la capacidad de la cámara de agua y la superficie de calefacción, se distinguen calderas de gran volumen, mediano y pequeño volumen de agua.

Las calderas de gran volumen de agua son las más sencillas y de construcción antigua, se componen de uno a dos cilindros unidos entre sí y tienen una capacidad superior a 150 HLt de agua por cada m2 de superficie de calefacción.Las calderas de mediano volumen de agua están provistas de varios tubos de humo y también de algunos tubos de agua, con lo cual aumenta la superficie de calefacción, sin aumentar el volumen total del agua. Las calderas de pequeño volumen de agua están formadas por numerosos tubos de agua de pequeño diámetro, con los cuales se aumenta considerablemente la superficie de calefacción. Como características importantes podemos considerar que las calderas de gran volumen de agua tienen la cualidad de mantener más o menos estable la presión del vapor y el nivel del agua, pero tienen el defecto de ser muy lentas en el encendido y debido a su reducida superficie producen poco vapor, adicionalmente son muy peligrosas en caso de explosión y poco económicas. Por otro lado, las calderas de pequeño volumen de agua, por su gran superficie de calefacción, son muy rápidas en la producción de vapor, tienen muy buen rendimiento y producen grandes cantidades de vapor, debido a esto requieren especial cuidado en la alimentación del agua y regulación del fuego, pues de faltarles alimentación, pueden secarse y quemarse en breves minutos.

Cámara de vapor:Es el espacio ocupado por el vapor en el interior de la caldera, el cual debe ser separado del agua en suspensión. Cuanto más variable sea el consumo de vapor, tanto mayor debe ser el volumen de esta cámara, de manera que aumente también la distancia entre el nivel del agua y la toma de vapor. Adicionalmente las calderas tienen dentro de su configuración gran cantidad de elementos en cuanto a operación y control. Adicionalmente un sistema de generación de vapor tiene - Válvulas de seguridad - Válvulas reguladoras de flujo - Bomba de alimentación - Tanque de condensados - Trampas de vapor - Redes de distribución - Equipos consumidores - Sistemas de recuperación de calor Las calderas o generadores de vapor se clasifican en pirotubulares y acuotubulares. Las pirotubulares son aquellas en las que los humos de la combustión circulan por el interior de los tubos y el agua, por el exterior. En general, se trata de calderas pequeñas con presiones inferiores a 20 bar. Las acuotubulares son aquellas en las que el agua circula por el interior de los tubos, son las más comunes. Aparte de estos criterios de clasificación, existen otros que hacen innumerables las tipos de calderas actualmente existentes. Por ejemplo:

a) Según el combustible utilizado: calderas de gas, de gasóleo o de carbón.b) Según el medio de transporte de calor: calderas de fluido térmico (FT), de agua

caliente, de agua sobrecalentada (ASC), de vapor saturado o de vapor sobrecalentado.

c) Según la presión de trabajo: pueden ser:

a. Subcríticas: de baja presión (p ≤ 20 bar), de media presión (20 ≤ p ≤ 64 bar); de alta presión (p ≥ 64 bar)

b. Supercríticas: p > 221 bar.d) Según su posición, pueden ser de pie o murales.e) Según la recuperación entálpica de los humos, existen calderas con o sin

recuperación entálpica. etc.

ELEMENTOS DE FUNCIONAMIENTO DE UNA CALDERA

Fuego: Debe existir un buen proceso de Combustión. Agua: Deben existir rigurosos controles de su calidad. Áreas de Intercambio de Calor: Los tubos y superficies de intercambio deben estar en óptimas condiciones de limpieza.

Conclusión:

La caldera o generador de vapor es, la parte principal en la que se da la transferencia de calor de la llama debido al combustible que se quema hacia las tuberías que transportan el agua líquida, transformándola así en vapor de agua, mismo que posteriormente es utilizado para realizar un trabajo, ya sea moviendo una turbina o en un motor. Vimos que se necesitan tres elementos en una caldera que son: fuego, agua e intercambiadores de calor (en este caso las tuberías por las cuales circula el agua dentro de la cámara que conforma la caldera).Las calderas deben de mantenerse en condiciones óptimas para que se dé la mayor eficiencia en la trasferencia de calor del fuego al agua.

“CONDENSADOR DE AGUA PARA CALDERA”

CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERIA

CONDENSADOR PARA AGUA DE CALDERA

Objetivo:- Saber qué es un condensador.- Saber la función que desempeña así como las partes que lo conforman.

LABORATORIO DE MAQUINAS TÉRMICAS 1

PROFESOR: LOPEZ ORNELAS ARMANDO

SECCIÓN: D07

NOMBRE: DIAZ BARBA DIEGO EDGARDO

CÓDIGO: 208477337

Introducción:El condensador termodinámico es utilizado muchas veces en la industria de la refrigeración, el aire acondicionado o en la industria naval y en la producción de energía eléctrica, en centrales térmicas o nucleares.

La condensación se puede producir bien utilizando aire mediante el uso de un ventilador o con agua (esta última suele ser en circuito cerrado con torre de refrigeración, en un río o la mar). La condensación sirve para condensar el vapor, después de realizar un trabajo termodinámico; por ejemplo, una turbina de vapor o para condensar el vapor comprimido de un compresor de frío en un circuito frigorífico. Cabe la posibilidad de seguir enfriando ese fluido, obteniéndose líquido subenfriado en el caso del aire acondicionado.

Adopta diferentes formas según el fluido y el medio. En el caso de un sistema fluido/aire, está compuesto por un tubo de diámetro constante que curva 180° cada cierta longitud y unas láminas, generalmente de aluminio, entre las que circula el aire.

Desarrollo:Un condensador es un intercambiador térmico, en cual se pretende que el fluido que lo recorre cambie a fase líquida desde su fase gaseosa mediante el intercambio de calor (cesión de calor al exterior, que se pierde sin posibilidad de aprovechamiento) con otro medio. La condensación se puede producir bien utilizando aire mediante el uso de un ventilador (aerocondensadores) o con agua (esta última suele ser en circuito semicerrado con torre de refrigeración, o en circuito abierto proveniente de un río o del mar). El tipo de condensador más empleado en centrales termoeléctricas es el que utiliza agua como fluido refrigerante, que además utiliza un circuito semiabierto de refrigeración con una torre evaporativa como sumidero del calor latente de vaporización.

Los aerocondensadores se utilizan cuando no se dispone de agua suficiente para alimentar una torre evaporativa. Aunque son más caros y provocan en el ciclo agua-vapor una pérdida de rendimiento, se utilizan cuando no existe otra posibilidad para condensar el vapor.El propósito del condensador termodinámico es pues provocar el cambio de estado del vapor a la salida de la turbina para así obtener máxima eficiencia e igualmente obtener el vapor condensado en forma de agua pura de regreso al tren de generación de vapor. Las razones para condensar el vapor son tres: Se aprovecha el vapor a la salida de la turbina, cerrando el ciclo del agua Se reduce la presión a la salida, incluso por debajo de la atmosférica, con lo que el salto de

presión es mayor y por lo tanto el rendimiento y la potencia de la turbina aumentan El posterior aumento de presión del fluido puede realizarse en una bomba hidráulica, con

un consumo energético menor que si se realiza en una caldera o en un compresor

Adicionalmente, el condensador recibe los siguientes flujos: Las purgas de los calentadores y otros elementos, que una vez enfriadas son incorporadas

al circuito de condensado. El aire que procede de entradas furtivas en los diversos elementos del ciclo agua-vapor, a

través de los cierres de la turbina de vapor o con el agua de reposición al ciclo. Éste debe ser extraído y enviado al exterior mediante eyectores o bombas de vacío.

El vapor procedente del escape de la turbo-bomba de agua de alimentación si la hay en la instalación.

El vapor de los by-pass de las turbinas, que en determinados modos de operación transitorios (arranques, paradas, disparos, cambios bruscos de carga) conducen directamente al condensador todo el vapor generador en la caldera una vez atemperado.

El agua de aportación al ciclo para reponer las purgas, fundamentalmente la purga continua. Esta agua es desmineralizada y proviene del tanque de reserva de condensado.

Las condiciones en el interior del condensador son de saturación, es decir, está a la presión de saturación correspondiente a la temperatura de condensación del vapor. Esta presión es siempre inferior a la atmosférica, es decir, se puede hablar de vacío.

Función del condensador:La función principal del condensador en una central térmica es ser el foco frío o sumidero de calor dentro del ciclo termodinámico del grupo térmico. Por tanto, su misión principal es condensar el vapor que proviene del escape de la turbina de vapor en condiciones próximas a la saturación y evacuar el calor de condensación (calor latente) al exterior mediante un fluido de intercambio (aire o agua).En el caso de una máquina frigorífica, el condensador tiene por objetivo la disipación del calor absorbido en el evaporador y de la energía del compresor.Además, el condensador recibe los siguientes flujos:Las purgas de los calentadores y otros elementos, que una vez enfriadas son incorporadas al circuito de condensado.El aire que procede de entradas furtivas en los diversos elementos del ciclo agua-vapor, a través de los cierres de la turbina de vapor o con el agua de reposición al ciclo. Éste debe ser extraído y enviado al exterior mediante eyectores o bombas de vacío.El vapor procedente del escape de la turbo-bomba de agua de alimentación si la hay en la instalación.El vapor de los by-passes de turbina de vapor, que en determinados modos de operación transitorios (arranques, paradas, disparos, cambios bruscos de carga) conducen directamente al condensador todo el vapor generador en la caldera una vez atemperado.El agua de aportación al ciclo para reponer las purgas, fundamentalmente la purga continua. Esta agua es desmineralizada y proviene del tanque de reserva de condensado.Las condiciones en el interior del condensador son de saturación, es decir, está a la presión de saturación correspondiente a la temperatura de condensación del vapor. Esta presión es siempre inferior a la atmosférica, es decir, se puede hablar de vacío.

Disposición constructiva de un condensador en centrales térmicas : Los condensadores que emplean aire como fluido refrigerante, llamados Aerocondensadores, tienen un bajo rendimiento y, por tanto, necesitan de grandes superficies para ser instalados. Este es el motivo de que el uso de este tipo de condensadores no esté generalizado, pasando a usarse sólo en los casos en los que no haya disponibilidad de agua.Nos centraremos, por tanto, en los condensadores de agua como fluido refrigerante. Los condensadores de las central térmica son cambiadores de calor tubulares, de superficie, del

tipo carcasa y tubo en los que el agua (fluido refrigerante) circula por los tubos y el vapor (fluido enfriado) circula por el lado de la carcasa. Los tubos están dispuestos de forma horizontal, con una pequeña pendiente para poder ser drenados con facilidad y agrupados en paquetes.Las partes más significativas de un condensador son:Cuello. Es el elemento de unión con el escape de la turbina de vapor. Tiene una parte más estrecha que se une al escape de la turbina de vapor bien directamente mediante soldadura o bien a través de una junta de expansión metálica o de goma que absorbe los esfuerzos originados por las dilataciones y el empuje de la presión atmosférica exterior. La parte más ancha va soldada a la carcasa del condensador.Carcasa o cuerpo. Es la parte más voluminosa que constituye el cuerpo propiamente dicho del condensador y que alberga los paquetes de tubos y las placas. Suele ser de acero al carbono.Cajas de agua. Colector a la entrada y a la salida del agua de refrigeración (agua de circulación) con el objeto de que ésta se reparta de forma uniforme por todos los tubos de intercambio. Suelen ser de acero al carbono con un recubrimiento de protección contra la corrosión que varía desde la pintura tipo epoxi (para el agua de río) hasta el engomado (para el agua de mar). Suelen ir atornillados al cuerpo del condensador.Tubos. Son los elementos de intercambio térmico entre el agua y el vapor. Su disposición es perpendicular al eje de la turbina. Suelen ser de acero inoxidable (agua de río) y titanio (agua de mar).Placas de tubos. Son dos placas perforadas que soportan los dos extremos de los tubos. Constituyen la pared de separación física entre la zona del agua de las cajas de agua y la zona de vapor del interior de la carcasa. Suelen ser de acero al carbono con un recubrimiento (cladding) de titanio en la cara exterior cuando el fluido de refrigeración es agua de mar. La estanqueidad entre los extremos de los tubos y las placas de tubos se consigue mediante el abocardado de los extremos de los tubos y mediante una soldadura de sellado.Placas soporte. Placas perforadas situadas en el interior de la carcasa y atravesadas perpendicularmente por los tubos. Su misión es alinear y soportar los tubos, así como impedir que éstos vibren debido a su gran longitud. Su número depende de la longitud de los tubos. Suelen ser de acero al carbono.Pozo caliente. Depósito situado en la parte inferior del cuerpo que recoge y acumula el agua que resulta de la condensación del vapor. Tiene una cierta capacidad de reserva y contribuye al control de niveles del ciclo. De este depósito aspiran la bombas de extracción de condensado.Zona de enfriamiento de aire. Zona situada en el interior de los paquetes de tubos, protegida de la circulación de vapor mediante unas chapas para conseguir condiciones de subenfriamiento. De esta manera, el aire disuelto en el vapor se separa del mismo y mediante un sistema de extracción de aire puede ser sacado al exterior.Sistema de extracción de aire. Dispositivos basados en eyector que emplean vapor como fluido motriz o bombas de vacío de anillo líquido. Su misión, en ambos casos, es succionar y extraer el aire del interior del condensador para mantener el vacío. Estos dispositivos aspiran de la zona de enfriamiento de aire.

Tipos de condensadores para centrales térmicas : Según su disposición relativa con respecto de la turbina de vapor, los condensadores pueden clasificarse en:

-Axiales. Están situados al mismo nivel que la turbina de vapor. Son típicos de turbina de vapor hasta 150 MW, potencias hasta las cuales el cuerpo de baja presión es de un solo flujo y escape axial.-Laterales. Están situados al mismo nivel que la turbina de vapor. El cuerpo de baja presión de la turbina de vapor es de dos flujos.-Inferiores. Están situados debajo de la turbina de vapor de baja presión, lo que les obliga a estar metidos en un foso y que el pedestal del grupo turbogenerador esté en una cota más elevada, encareciéndose la obra civil. Dadas las potencias de las centrales convencionales actuales, éste es el tipo de condensador más usualmente empleado. La turbina de vapor de baja tiene doble flujo, pudiendo haber además varios cuerpos. Según el número de pasos, pueden ser:-De un paso. Hay una única entrada y una única salida de agua en cada cuerpo del condensador. Típica en circuitos abiertos de refrigeración.-De dos pasos. El agua entra y sale dos veces en el cuerpo del condensador con la finalidad de causar función refrigerante. Según el número de cuerpos:-De un cuerpo. El condensador tiene una sola carcasa.-De dos cuerpos. El condensador tiene dos carcasas independientes. Esta disposición es muy útil, ya que permite funcionar sólo con medio condensador.Tipos de condensadores para máquinas frigoríficas : Los tipos de condensadores más utilizados en una máquina frigorífica son los siguientes:-Tubos y aletas. Se utilizan cuando se disipa el calor a una corriente de aire.-De placas. Se utilizan cuando se disipa el calor a una corriente de agua.

Conclusión:Los condensadores no son más que dispositivos que permiten la carga y descarga de energía y por lo tanto el almacenamiento de las mismas en el tiempo que sea necesario. Por tanto, son dispositivos que evitan el disparo repentino del flujo de energía almacenando una cantidad de la misma dentro de ellos.La capacidad de los condensadores dependen no solo de los materiales “dieléctricos” que usan los diferentes fabricantes, sino también de la distancia que tienen las placas de separación. El flujo de protones y electrones dentro del capacitor dependen de la distancia que los separa, pues dicha distancia facilita o impide el más rápido traspaso de contaminante a las placas.Si hablamos en incorporar condensadores en circuitos básicos, obtenemos que los condensadores conectados en serie se comportan como resistores en paralelo; y cuando se conectan en paralelo se comportan como resistores en serie. Por lo tanto, la capacidad de los capacitores es inversamente proporcional a la tensión aplicada.

“TORRE DE ENFRIAMIENTO”

CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERIA

TORRE DE ENFRIAMIENTO

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NOMBRE: DIAZ BARBA DIEGO EDGARDO

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Objetivo:- Ver qué es una torre de enfriamiento.- Identificar su funcionamiento así como sus partes.

Introducción:La torre de enfriamiento es una instalación que extrae calor del agua mediante evaporación o conducción. Las industrias utilizan agua de refrigeración para varios procesos. Como resultado, existen distintos tipos de torres de enfriamiento. Existen torres de enfriamiento para la producción de agua de proceso que solo se puede utilizar una vez, antes de su descarga. También hay torres de enfriamiento de agua que puede reutilizarse en el proceso.Cuando el agua es reutilizada, se bombea a través de la instalación en la torre de enfriamiento. Después de que el agua se enfría, se reintroduce como agua de proceso. El agua que tiene que enfriarse generalmente tiene temperaturas entre 40 y 60 ˚C. El agua se bombea a la parte superior de la torre de enfriamiento y de ahí fluye hacia abajo a través de tubos de plástico o madera. Esto genera la formación de gotas. Cuando el agua fluye hacia abajo, emite calor que se mezcla con el aire de arriba.Las torres de enfriamiento son equipos que se usan para enfriar agua en grandes volúmenes porque, son el medio más económico para hacerlo, si se compara con otros equipos de enfriamiento como los cambiadores de calor donde el enfriamiento ocurre a través de una pared.En el interior de las torres se monta un empaque o relleno con el propósito de aumentar la superficie de contacto entre el agua caliente y el aire que la enfría.En las torres se colocan deflectores o eliminadores de gotas o niebla que atrapan las gotas de agua que fluyen con la corriente de aire hacia la salida de la torre, con el objeto de disminuir la posible pérdida de agua.El agua se introduce por el domo de la torre por medio de vertederos o por boquillas para distribuir el agua en la mayor superficie posible.El enfriamiento ocurre cuando el agua, al caer a través de la torre, se pone en contacto directo con una corriente de aire que fluye a contracorriente o a flujo cruzado, con una temperatura de bulbo húmedo inferior a la temperatura del agua caliente, en estas condiciones, el agua se enfría por transferencia de masa (evaporación ) y por transferencia de calor sensible y latente del agua al aire, lo anterior origina que la temperatura del aire y su humedad aumenten y que la temperatura del agua descienda; la temperatura límite de enfriamiento del agua es la temperatura de bulbo húmedo del aire a la entrada de la torre.Se recomienda el tratamiento del agua a enfriar, agregando álcalis, algicidas, bactericidas y floculantes; y, realizar un análisis periódico tanto de dureza como de iones cloro ya que éstos iones son causantes de las incrustaciones y de la corrosión en los elementos de la torre.

Desarrollo:Las torres de refrigeración o enfriamiento son estructuras para refrigerar agua y otros medios a temperaturas muy altas. El uso principal de grandes torres de refrigeración industriales es el

de rebajar la temperatura del agua de refrigeración utilizada en plantas de energía, refinerías de petróleo, plantas petroquímicas, plantas de procesamiento de gas natural y otras instalaciones industriales.Funcionamiento de una Torre de Enfriamiento:El agua se introduce por el domo de la torre por medio de vertederos o por boquillas para distribuir el agua en la mayor superficie posible. El enfriamiento ocurre cuando el agua, al caer a través de la torre, se pone en contacto directo con una corriente de aire que fluye a contracorriente o a flujo cruzado, con una temperatura menor a la temperatura del agua, en estas condiciones, el agua se enfría por transferencia de masa (evaporación), originando que la temperatura del aire y su humedad aumenten y que la temperatura del agua descienda; la temperatura límite de enfriamiento del agua es la temperatura del aire a la entrada de la torre. Parte del agua que se evapora, causa la emisión de más calor, por eso se puede observar vapor de agua encima de las torres de enfriamiento.Para crear flujo hacia arriba, algunas torres de enfriamiento contienen aspas en la parte superior, las cuales son similares a las de un ventilador. Estas aspas generan un flujo de aire ascendente hacia la parte interior de la torre de enfriamiento. Además, en el interior de las torres se monta un empaque con el propósito de aumentar la superficie de contacto entre el agua caliente y el aire que la enfría.Como ya hemos dicho, el enfriamiento de agua en una torre tiene su fundamento en el fenómeno de evaporación. La evaporación es el paso de un líquido al estado de vapor y solo se realiza en la superficie libre de un líquido, un ejemplo es la evaporación del agua de los mares.

Componente de una Torre de Enfriamiento:-Relleno: Distribuido dentro de la torre suministra el área superficial para la transferencia de masa y calor.-Eliminadores de desviación-Base recolectora del agua fría-El agua fría es recogida por la base del fondo-Desviadores del flujo de aire-Cubierta de redistribución

En torres de flujo cruzado se necesita romper la corriente de agua que baja.Equipo mecánico:

-Ventiladores-MotoresSistema de distribución del agua:-Las torres a contracorriente dispersan el flujo a través de un sistema de distribución de spray a baja presión, desde un sistema de tuberías distribuido a lo largo de toda la torre.-Los diseños de flujo cruzado tienen un sistema de distribución del agua caliente por gravedad a través del empaque.

Tipos de Torres de Enfriamiento:Las industrias utilizan agua de enfriamiento para varios procesos. Como resultado, existen distintos tipos de torres de enfriamiento. Existen torres de enfriamiento para la producción de agua de proceso que solo se puede utilizar una vez, antes de su descarga, así como torres de enfriamiento de agua que puede reutilizarse en el proceso.Existen sistemas de enfriamiento abiertos y cerrados. Cuando un sistema es cerrado, el agua no entra en contacto con el aire de fuera. Como consecuencia la contaminación del agua de las torres de enfriamiento por los contaminantes del aire y microorganismos es insignificante. Además, los microorganismos presentes en las torres de enfriamiento no son eliminados a la atmósfera.Las torres de enfriamiento se clasifican según la forma de suministro de aire en:

Torres de circulación natural.-Atmosféricas-Tiro naturalTorres de tiro mecánico.-Tiro inducido-Tiro ForzadoTorres de flujo cruzado.Torres de Circulación natural.-Atmosféricas: El movimiento del aire depende del viento y del efecto aspirante de las boquillas aspersores. Se usan en pequeñas instalaciones. Depende de los vientos predominantes para el movimiento del aire.-Tiro natural: El flujo de aire necesario se obtiene como resultado de la diferencia de densidades, entre el aire más frío del exterior y húmedo del interior de la torre. Utilizan chimeneas de gran altura para lograr el tiro deseado. Debido al inmenso tamaño de estas torres (500 pie alto y 400 pie de diámetro), se utilizan por lo general para flujos de agua por encima de 200000 gpm. Son ampliamente utilizadas en las centrales térmicas.

Influencias Externas sobre el funcionamiento de las Torres:

Recirculación:

La recirculación en las torres de enfriamiento se define como una adulteración de la atmósfera de entrada a la torre por la atmósfera de salida de la misma. El efecto de la recirculación se ve en un inesperado aumento de la temperatura de bulbo húmedo del aire que entra a la torre de enfriamiento (por encima de la temperatura de bulbo húmedo del aire ambiente), y un correspondiente incremento en la temperatura del agua que sale de la torre.

Restricción del flujo de Aire:

A una determinada carga de calor, un flujo determinado de agua y una temperatura de bulbo húmedo particular la temperatura del agua fría producida por una torre de enfriamiento es totalmente dependiente de la cantidad de aire de entrada. Una disminución en la cantidad de aire y la temperatura del agua se incrementará. Debido a la importancia del flujo de aire, los fabricantes se preocupan en diseñar correctamente los ventiladores y sus motores, puesto que estos son los que mueven el aire contra la presión estática encontrada dentro de la torre.

Viento:

Dependiendo de su velocidad y dirección, tiende a incrementar el potencial de la torre de enfriamiento a la recirculación. No solamente la curvatura creada por el aire de salida en la dirección del flujo del viento, también se crea una zona de baja presión en la cual puede formarse una porción de niebla, si la admisión de aire a la torre esta en esa dirección, entonces puede contaminarse el aire de entrada con esa niebla. El grado al cual puede afectar la dirección del viento aumenta dependiendo de la relación de la velocidad de descarga de la torre (Vj) respecto a la velocidad del viento (Va)

Interferencia:

Sumideros de calor ubicados cerca de una torre de enfriamiento pueden Interferir con el desempeño térmico de la misma .Estas interferencias pueden ser causadas por otras instalaciones de la planta u otros equipos. Muchas veces consisten de contribución térmica del efluente de otra torre de enfriamiento cercana.

Conclusión:Las torres de enfriamiento son equipos que permiten transferir calor del agua que las atraviesa al medio ambiente. Funcionan por evaporación y en menor medida convección. Esto es, parte del agua que recorre la torre se evapora, tomando calor del agua que no se evapora siguiendo

su curso. Por lo tanto se cumple que: Para que funcione debe evaporar ("gastar") agua.Así, el sistema de Torre de enfriamiento NO constituye un sistema cerrado de circulación, sino abierto. El agua que se evapora se repone con agua corriente o de pozo que contienen sales disueltas.